大跨异形钢连廊连体结构的隔震设计与易损性分析

摘要

大跨异形钢连廊连体结构作为一种复杂建筑结构，其既能满足使用功能的要求，又能同时兼顾建筑结构的外观造型，因此其在近年来越来越受到建筑师的青睐。但由于其体系特殊、扭转效应显著、受力复杂，使得其在地震作用下容易发生严重破坏。因此，为了研究大跨异形钢连廊连体结构的抗震性能，本文在课题组前期对大跨异形钢连廊连体结构进行的振动台试验研究及地震易损性分析的基础之上，首先选取24条三向地震动记录，对大跨异形钢连廊连体结构的三维地震响应进行了分析；然后，对大跨异形钢连廊连体结构进行了隔震设计，并根据相关文献选取隔震结构中主楼及附楼Ⅰ的最大层间位移角、橡胶支座端的剪切应变、预埋锚固端的损伤因子、主楼及附楼Ⅰ隔震支座的剪切应变作为各局部结构的地震需求参数，选取地震动峰值加速度作为其强度指标；最后，对隔震结构进行了三维地震激励下的增量动力分析，根据增量动力分析结果，得到了隔震后大跨异形钢连廊连体结构各局部结构及整体的地震易损性曲线，并与隔震前大跨异形钢连廊连体结构各局部结构及整体的地震易损性曲线进行了对比。本文得到主要结论如下：　　(1)对于连体结构的三维地震响应，规范反应谱法的计算结果小于时程分析法，且按规范比例调幅的时程分析法的计算结果最大，其与反应谱法计算结果的差值最大为31.6%，说明按规范比例调幅的时程分析法的计算结果更为不利。　　(2)隔震层能有效减小主楼及附楼Ⅰ水平向地震响应，且能显著减少主楼及附楼Ⅰ的扭转效应，使主楼及附楼Ⅰ基本呈同向的平动；同时，基础隔震不能改变连体结构中预埋锚固端的复杂受力状态，但能有效减小其受力的大小。　　(3)在8度罕遇地震作用下，主楼、附楼Ⅰ、连廊橡胶支座端、连廊预埋锚固端、主楼隔震支座及附楼Ⅰ隔震支座达到毁坏的超越概率值分别为：0%、0%、0%、1.51%、3.99%及8.29%，隔震结构的损伤主要发生在主楼隔震支座及附楼Ⅰ隔震支座，因此在类似工程设计中应重点关注基础隔震支座的损伤情况。　　(4)隔震后上部各局部结构的损伤程度大小顺序和隔震前的连体结构基本一致，其损伤程度由小到大依次为：橡胶支座端、附楼Ⅰ、主楼及预埋锚固端。但是，由于隔震层不能改变连廊预埋锚固端的复杂受力状态，仅能减小其受力大小。因此，在类似的连体结构中仍然需要关注预埋锚固端的损伤情况。　　(5)在8度罕遇地震作用下，隔震后连体结构发生毁坏的超越概率的上、下界比隔震前分别减少了72.56%与82.62%，这说明基础隔震显著减少了大跨异形钢连廊连体结构体系发生损伤的概率，提升了其抗震性能。因此，在类似的连体结构设计中建议采用基础隔震技术。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 连体结构的特点和研究现状

1.2.1 连体结构的特点和分类

1.2.2 连体结构的研究现状

1.3 隔震技术的应用情况和研究现状

1.3.1 隔震技术的应用情况

1.3.2 隔震技术的研究现状

1.4 结构地震易损性的定义和研究现状

1.4.1 结构地震易损性的定义

1.4.2 结构地震易损性的研究现状

1.5 研究的目的和内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第2章大跨异形钢连廊连体结构的三维地震响应

2.1 引言

2.2 连体结构的特点

2.3 数值模型的建立

2.3.1 单元类型

2.3.2 模型建立

2.4 地震动记录的选取

2.5 连体结构的三维地震响应

2.5.1 三维地震响应的计算方法概述

2.5.2 时程分析法与反应谱法计算结果的对比

2.6 本章小结

第3章大跨异形钢连廊连体结构的隔震设计

3.1 引言

3.2 隔震层设计

3.2.1 隔震支座的性能参数

3.2.2 隔震支座的布置

3.2.3 偏心率的计算

3.3 隔震计算模型

3.3.1 隔震支座的滞回模型

3.3.2 隔震计算模型的校核

3.4 隔震设计的地震动记录

3.5 隔震结构的动力分析

3.5.1 设防地震作用下的动力分析

3.5.2 罕遇地震作用下的动力分析

3.6 隔震层抗风及弹性恢复力验算

3.6.1 隔震层抗风验算

3.6.2 隔震层弹性恢复力验算

3.7 隔震前后连体结构三维地震响应的对比

3.8 本章小结

第4章 隔震后大跨异形钢连廊连体结构的增量动力分析

4.1 引言

4.2 损伤指标的确定

4.2.1 框架剪力墙结构的损伤指标

4.2.2 连廊橡胶支座端的损伤指标

4.2.3 连廊预埋锚固端的损伤指标

4.2.4 基础隔震支座的损伤指标

4.3 地震动记录的调幅

4.4 隔震结构的增量动力分析

4.4.1 框架剪力墙结构

4.4.2 连廊橡胶支座端

4.4.3 连廊预埋锚固端

4.4.4 基础隔震支座

4.5 隔震前后连体结构IDA 曲线的对比

4.6 本章小结

第5章 隔震后大跨异形钢连廊连体结构的易损性分析

5.1 引言

5.2 地震易损性分析方法概述

5.3 隔震结构的地震概率需求模型

5.4 隔震结构的局部地震易损性曲线

5.4.1 局部地震易损性曲线

5.4.2 局部地震易损性对比

5.5 隔震结构的整体地震易损性分析

5.5.1 整体的地震易损性计算方法

5.5.2 整体的地震易损性曲线

5.6 隔震前后连体结构地震易损性的对比

5.6.1 隔震前后局部的地震易损性对比

5.6.2 隔震前后整体的地震易损性对比

5.7 本章小结

结论与展望

主要工作及结论

有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目