大高宽比高层剪力墙结构基础隔震机理分析及振动台试验研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liongliong559
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混凝土纯剪力墙结构作为我国高层住宅中普遍采用的结构型式,具有整体性强、抗侧刚度大等优点。同时也面临强烈地震作用下连梁可能严重剪切破坏、墙体压溃损毁、难以修复等问题。为通过引入隔震技术提高其地震安全储备,依托国家科技支撑计划项目“震后重建房屋抗震关键技术研究与示范”,针对质量、刚度沿高度分布相对均匀的大高宽比高层住宅剪力墙基础隔震结构抗倾覆机理、高宽比限值、基于减震目标的快速分析方法以及减震效果评价指标分析与控制等关键问题开展了深入研究。在基于复模态频响分析揭示大高宽比高层剪力墙基础隔震结构隔震层平动及翻转角位移地震峰值反应、翻转等效阻尼影响等规律基础上,提出了动力倾覆分析及考虑上部结构翻转动能影响的高宽比限值计算方法。充分结合非隔震结构各阶振型与结构反应的内在恒定关系,提出了基于预期减震目标、考虑翻转动能对周期影响的减震控制参数快速简化分析方法。推导、建立了考虑隔震层翻转刚度的连续化等效弯曲梁模型,分析并得出等效刚度比与周期比的计算关系式及有效抑制高阶振型反应的最小刚度比和周期比,揭示了临界刚度比、临界周期比的存在性及其对减震效果评价指标的控制规律。最后,针对某高烈度区高宽比达3.96的高层剪力墙基础隔震结构,设计、制作了1:12.5的缩尺相似模型,并对其抗震性能及地震安全储备开展了地震模拟振动台试验研究。结果表明:1.地震作用下,大高宽比高层剪力墙基础隔震结构隔震层翻转角峰值与平动位移峰值仍保持高度同步性,上部结构倾覆只会发生于隔震层侧移最大的瞬间。单向水平地震作用下,结构反应以整体平动+摆动的平面运动基本振型为主。增大隔震层水平等效阻尼比对减小隔震层峰值水平位移、峰值翻转角效果显著,而改变隔震层翻转阻尼比对隔震层平动及翻转角位移反应影响甚微。2.忽略高层剪力墙基础隔震结构整体摆动所产生的翻转动能会对高宽比限值估计过大。等效静力倾覆分析法相对于动力法计算结果偏差随地震烈度、隔震结构周期、场地卓越周期的增大而减小,随隔震层水平等效阻尼比的增大而增大。在其他设计条件不变的情况下,减轻上部结构质量、增大隔震支座总竖向刚度(或翻转刚度),对高宽比限值的提高有利但不显著。高宽比限值与场地条件、地震分组、结构周期、阻尼比等因素有关。3.基于预期减震目标的控制参数简化分析法,充分考虑了非隔震剪力墙结构多振型影响以及隔震结构翻转动能对周期的影响。采用此法可便捷、准确地计算出满足减震目标需求的隔震层参数、并可为上部结构刚度调整提供指导。考虑隔震层边界的等效梁模型地震反应分析方法具有良好的计算精度。采用该法可较为便捷地对结构相关宏观指标作定性研究及优化分析。4.当隔震后、前结构基本周期比rT1>1.3或上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比rkh>0.8时,可有效抑制高层剪力墙隔震结构高阶振型反应,仅需考虑基本振型对结构地震反应的贡献。当rkh>1(rT1>1.43)时可近似以隔震层阻尼比作为整体1阶振型阻尼比,进而避免繁琐的振型计算。5.当基本周期TI 1小于5gT时,应以隔震后、前的结构底部剪力比作为减震效果评价指标。当TI 1大于5gT时,将存在临界刚度比rkh B及临界周期比rT1B,该两个临界比值与结构阻尼比、质量无关,且对于新、老标准反应谱均相同。当rkh<rkh B或rT 1<rT1B时,底部力矩减震效果较剪力要差,翻转反应显著,应以底部力矩比作为控制指标,当rkh>rkh B或rT 1>rT1B时,则应以底部剪力比作为控制指标。6.地震模拟振动台试验结果显示,经合理设计的大高宽比高层剪力墙基础隔震结构同样具有优良的抗震性能。上部结构加速度衰减显著,且设防烈度地震作用下仍能保持弹性,超罕遇烈度地震作用下结构未出现严重破坏或倾覆现象。将基础隔震技术应用到高烈度区高宽比较大的高层、超高层剪力墙结构,以提升结构抗震性能及安全储备是完全有效、可行的。以上所述分析方法及研究结论,可为大高宽比高层剪力墙基础隔震技术相关理论研究及实际工程应用提供有价值的参考和依据。
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