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与传统的抗震结构不同,基础隔震结构通过隔震层隔离和吸收地震能量,大大降低地震对上部结构的作用,有效地减少了人员伤亡和经济损失。对基础隔震结构进行动力分析时,通常将上部结构简化为线弹性模型,但研究表明大震作用下上部结构会进入塑性,所以,考虑上部结构的非线性是必要的。拟力法为变位移的非线性分析方法,计算过程中刚度矩阵保持不变,在提高计算效率的同时,保证了稳定性。将拟力法应用到隔震结构中,一方面,运算中使用不变的初始刚度矩阵,计算效率高;另一方面,从构件层面对隔震结构进行能量分析,可以得出在地震作用下隔震结构的隔震支座和上部结构构件的耗能情况。 本研究主要内容包括:⑴同时考虑橡胶隔震支座弯曲和剪切的影响,建立基于拟力法的隔震结构宏观构件计算模型和基础隔震结构的拟力法能量方程,对基础隔震结构进行动力非线性分析和能量分析,由隔震支座和上部结构构件的塑性耗能计算结果可知,罕遇地震作用时上部结构会进入塑性;数值算例分析证明了拟力法应用于隔震结构的有效性,并进一步验证了隔震结构的隔震效果。⑵根据拟力法的基本理论进行基于性能的隔震钢框架结构设计。选取隔震层位移和上部结构层间位移角两种性能指标,给出基于性能的隔震结构设计流程。通过数值算例分析了性能指标选取的合理性,为隔震结构设计提供了一种新思路和新方法。⑶根据隔震结构特点,建立基于变形和隔震层塑性耗能的损伤指标,定义隔震结构的四个损伤性能状态,对基础隔震结构进行基于性能的易损性分析。首先基于拟力法对基础隔震结构进行非线性动力分析,得到结构在地震作用下的位移响应和耗能情况;然后对两种损伤指标的损伤值进行统计回归分析,推导出结构发生各级破坏的概率计算公式,从而得到隔震结构基于两种损伤指标的易损性曲线。数值分析结果的对比表明,基于隔震层塑性耗能的损伤指标可以合理地反映隔震结构的损伤程度。