高架橋與建筑復合減震結構的地震反應分析理論與試驗研究.pdf

1、自從1972年J.T.P.Yao提出結構減震控制概念以來,各種減震技術包括基礎隔震(Base Isolation system)、被動控制TMD,TLD,主動控制AMD等技術,應用到了橋梁、高聳結構、普通民用建筑等多領域。近年來,國內(nèi)城鎮(zhèn)建設的發(fā)展以及國內(nèi)城市化發(fā)展的加速,城市圈呈現(xiàn)出顯著擴大的趨勢,土地資源日趨緊張,開發(fā)一種能夠充分有效地利用土地資源、實現(xiàn)高性能抗震、降低結構造價的鋼筋混凝土高架路橋與建筑復合結構減震(振)體系具有重要

2、經(jīng)濟意義。本文針對上述的問題提出了高架橋與建筑復合結構的新型減震體系,研究探討了減震體系的裝置包括橡膠支座、鉛芯橡膠支座、三維隔震裝置的力學性能；研究了普通隔震結構的地震反應,建立隔震結構等效阻尼比彈塑性反應譜,分析了不同高寬比鋼框架隔震結構模型的三維地震模擬振動臺試驗：完成了高架橋與建筑復合減震結構的振動臺試驗研究并進行簡化計算理論及參數(shù)分析。本文的主要研究內(nèi)容包括： 在橡膠支座線彈性和非線性彈性力學性能的基礎上,本文研究建立

3、了橡膠支座的彈塑性拉伸和彈塑性剪切恢復力模型,定義了鉛芯橡膠支座的“扁環(huán)”效應,提出了建立彈塑性模型的雙拐點原則,基于“扁環(huán)”效應建立了隔震結構的高精度計算分析模型。研究還采用原型橡膠支座進行了驗證拉伸彈塑性和剪切彈塑性新模型的偽靜力試驗。 根據(jù)三維隔震技術原理,設計了一套能同時具備水平和豎向變形及耗能能力的由厚層橡膠支座和異型鉛阻尼器組成的三維隔震支座,并完成了厚層橡膠支座及異型鉛阻尼器的力學性能試驗,從試驗結果顯示厚層橡膠支

4、座和異型鉛阻尼器的水平和豎向力學性能滿足三維隔震支座的設計要求,試驗進一步得到厚層橡膠支座和普通橡膠支座及鉛芯橡膠支座的區(qū)別,最后通過異型鉛阻尼器的損傷分析給出異型鉛阻尼器的改進方案。 針對目前國內(nèi)外建筑抗震設計規(guī)范中隔震結構的反應譜取值問題,以隔震建筑應用實例較多的國家日本、美國及我國的規(guī)范為研究對象,圍繞三國規(guī)范反應譜和隔震結構的設計方法進行了較系統(tǒng)的分析,根據(jù)彈塑性反應譜理論和隔震結構的特點,基于單質(zhì)點彈塑性時程分析的結果

5、,在我國現(xiàn)行規(guī)范反應譜基礎上,提出了隔震結構等效阻尼比彈塑性反應譜修正公式。 分析了鋼框架隔震結構模型的雙向和三向模擬地震振動臺試驗,取得了不同高寬比隔震結構模型在雙向和三向輸入下的結構地震反應特性,試驗結果表明,大小高寬比隔震結構都具有較好的水平減震效果。小高寬比隔震結構的變形主要以隔震層剪切變形為主,大高寬比隔震結構不僅有隔震層剪切變形,而且也包含上部結構剪切和彎曲變形,在進行大高寬比計算時應同時考慮上部結構剪切和彎曲變形的

6、影響。研究掌握了大高寬比隔震結構豎向輸入對水平向地震反應的影響程度,提出了隔震結構豎向地震輸入對水平向地震反應的影響可以忽略的觀點。根據(jù)減震控制理論,提出了高架橋與建筑復合減震結構新的減震結構體系,進一步完成了單獨高架橋和高架橋與建筑復合減震結構的振動臺試驗,取得了單獨高架橋和高架橋與建筑復合減震結構在不同地震動、不同地震烈度下的單向及雙向地震作用下的高架橋及建筑結構的地震反應。從試驗角度證實高架橋與建筑復合減震結構體系的減震良好。