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隔震结构体系作为一种新的抵抗地震作用的体系,从根本上改变了传统的“硬抗”被动抗震理念。它通过设置隔震装置来主动吸收和消耗地震能量,减少隔震层上部结构的地震响应,从而达到隔震耗能的效果。这种“以柔克刚”的隔震技术是传统的抗震结构体系所不能实现的。
叠层橡胶支座是一种新型的有效隔震元件,它使建筑结构从传统的抗震转换为隔震,是现代研究地震的一个新领域。它具有相当大的竖向刚度,能够承受来自上部结构的荷载,而且它具有一定的横向刚度和较好的横向变形能力,在地震来临时能产生较大的位移来消耗地震能量。在基础顶部设置叠层橡胶支座,由支座将上部结构与基础分离开来,当地震来临时,延长建筑物的自振周期,避开场地的卓越周期,保证上部结构近似于平动,有效地减少上部结构的层间位移和层间加速度,从而达到减小地震作用的目的。
本文阐述了铅芯叠层橡胶支座的力学性能和隔震结构的相关构造要求并且推导了建筑物在隔震体系下的高宽比限值,然后在理论的基础上推导了基础隔震体系的动力学微分方程以及几种求解方法。
在ANSYS有限元分析软件中选取COMBIN40弹簧单元和COMBIN14弹簧单元模拟铅芯叠层橡胶支座,分别建立七层框筒结构在非隔震与隔震体系下的三维有限元模型,对其进行模态分析和在八度多遇地震与八度罕遇地震作用下的动力时程分析。
模态分析结果表明:结构主要以前两阶振型为主,表现为平动,其余高阶振型对结构的影响不大。当采用了隔震措施后,结构的自振周期延长近2秒,有效地避开了场地的卓越周期,避免了产生共振,并且上部结构整体平动,和理论分析吻合较好。
结构的动力时程分析结果表明:在多遇地震作用下,与非隔震结构相比,隔震结构的上部结构层间位移、层间剪力和顶层绝对加速度都明显减小,减震效果很明显;在罕遇地震作用下,隔震结构有能力保持上部结构仍处于弹性工作状态;而且地面的加速度越大,隔震的效果就越好。
本文为研究框筒结构的基础隔震提供了一种方法,对工程设计人员具有一定参考价值。