高层隔震结构支座受拉界限理论及地震响应
7页1、高层隔震结构支座受拉界限理论及地震响应摘要:针对地震作用下高层隔震结构易发生摇摆倾覆问题,提出考虑支座受拉效应的地震作用界限理论,分析了结构高宽比和支座设计面压对界限地震作用的影响规律,给出了高层隔震摘要:针对地震作用下高层隔震结构易发生摇摆倾覆问题,提出考虑支座受拉效应的地震作用界限理论,分析了结构高宽比和支座设计面压对界限地震作用的影响规律,给出了高层隔震结构的高宽比限值。通过大高宽比隔震结构振动台试验,对不同峰值地震作用下的试验结果进行分析,得到EL波和Taft波峰值0.6g作用下边角支座进入受拉状态。将振动台试验结果与数值分析结果及界限理论结果比照,发现理论公式及数值分析与试验结果均具有较好的一致性。最后采用数值分析方法研究了结构高宽比、支座设计面压和地震作用峰值对高层隔震结构支座拉应力及隔震层摇摆效应的影响规律。关键词:高层隔震结构;振动台试验;受拉界限理论;高宽比本文源自?振开工程学报? 2022年4期,?振开工程学报?杂志,于1987年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:32-1349/TB,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目有
2、:论文、研究简报、应用实践等。铅芯橡胶支座(LRB)隔震技术因其良好的减震效果,已被大量应用于中低层建筑的抗震设计中,近年来随着高层建筑的不断增多,又被拓广应用到高层结构中。2022年日本仙台地震和2022年Nigata地震中的高层和超高层隔震结构强震观测记录说明,隔震技术在高层建筑结构中也能取得较好的减震效果1-3。中国江苏省、四川省、云南省也先后建成了高度在50m以上的高层隔震建筑4-6与普通中低层建筑相比,高层隔震结构的动力分析理论值得进一步深入研究。付伟庆、刘文光等对高层隔震建筑的非线性、多因素耦合计算模型和隔震效应进行了研究,提出了高层隔震建筑的等效简化计算模型,并对大直径橡胶隔震支座的受拉性能进行了研究和试验7-8;何文福等完成了不同高宽比(2.5和5)的高层隔震结构的振动台试验及数值分析,发现大高宽比隔震结构两侧支座存在拉压不等现象9-10;付伟庆等对14的缩尺大高宽比铅芯橡胶支座隔震结构模型进行了高烈度区不同场地波下水平向振动台试验研究,发现大高宽比隔震结构中的支座出现了拉应力或者非线性变形11。Ikeda和Nagahashi考虑了剪力墙和楼板刚度对高层隔震体系上部结构
3、响应的影响,同时对水平地震和竖向地震作用下,支座的拉伸现象进行阐述12-13。Fukuda等依据隔震支座在实际地震中的应力变化,总结出叠层橡胶支座的拉拔能力14。以上研究结果说明,高层隔震结构由于高宽比拟大,地震作用下极可能产生较大的倾覆力矩,导致隔震层边角支座受拉。由于橡胶隔震支座的受拉刚度仅为受压刚度的1/5-1/10,所以很容易发生屈服破坏,同时地震过程中由于竖向地震力和上部结构附加弯矩的耦合作用,支座也極有可能产生过大的压力,从而导致失稳。为此?建筑抗震设计标准?(GB50011-2022)15规定了隔震结构高宽比限值不宜大于4。众多学者也进行了大量深入的研究,祁皑等提出了考虑场地类别、地震烈度,建筑类别的隔震结构高宽比限值公式,具有一定的参考价值16。现有的限值理论中规定支座不能出现拉应力,没有考虑隔震支座的受拉能力,及其非线性拉伸性能对结构响应的影响;另外对第五代?中国地震动参数区划图?首次明确提出的极罕遇地震作用对高宽比限值的影响也未考虑,因此有必要进一步研究包括隔震支座非线性力学性能、隔震层刚心分布、及结构高宽比对高层隔震结构界限地震作用的影响。本文以高层隔震结构为研究
4、对象,简化实际工程中支座布置复杂性,按支座均匀布置的最一般情况进行考虑,针对规那么结构支座竖向受力均匀,平面支座位置均匀,建立了考虑隔震层平移-摇摆耦合运动的动力模型,进行了隔震支座的临界受拉理论研究,并通过振动台试验和数值分析加以验证。基于某框架隔震结构,进行了不同高宽比和多水准地震输入的地震响应分析。1高层隔震结构支座受拉界限理论1.1高层隔震结构平移-摇摆耦联运动方程建立高层隔震结构力学模型如图1所示,将上部结构视为刚体,质心与几何中心重合,质量为m,转动惯量为J,质心高度为H,结构宽度为2L,隔震层可同时发生水平和竖向平动,隔震层水平刚度为KH,竖向压缩刚度为KV,竖向拉伸刚度为Kt。忽略隔震层扭转,仅考虑结构在平面内的运动,地震作用下,结构将发生平移-摇摆耦联运动。第五代?中国地震动参数区划图?中首次明确提出了包括极罕遇地震在内的四级地震作用,极罕遇地震相应于年超越概率10-4的地震动,地震动峰值加速度宜按根本地震动峰值加速度的2.7-3.2倍确定。根据式(6)分别给出结构隔震周期为T=2.5s,隔震层阻尼比为=20%,场地特征周期为Tg=0.45s时,在罕遇地震和极罕遇地震
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