相邻结构整体隔震加固后抗震性能分析与设计方法研究

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采用隔震技术对建筑物进行加固改造,可以延长建筑物的自振周期,降低建筑物的地震反应。但是,隔震加固后的相邻结构在地震作用下位移差会增大,既有相邻建筑的抗震缝宽度将无法保证结构间的自由运动,碰撞引起的结构损伤将严重影响隔震加固的效果。隔震加固施工过程中,将相邻结构的隔震层顶板整体浇筑,可以促进相邻结构同相振动,减少上部结构易撞层处的位移差,有效防止上部结构之间的碰撞。相对于利用整体平移技术加大抗震缝距离,相邻结构大底板隔震加固能够方便高效地减少上部结构顶点位移差,从而获得较好的性价比。随着结构复杂程度的增加,上部结构质量偏心距的增大使得结构扭转效应的控制更加困难。另一方面,大底板多塔楼隔震结构的扭转效应使得底板连接处将处于双向受力状态,底板易产生较大附加内力,从而导致底板发生局部破坏。因此,需要给出相邻结构大底板隔震加固设计方法,并对其抗震性能加以分析研究。本文主要研究相邻框架结构大底板整体隔震加固后的抗震性能与设计方法,以添加天然橡胶支座和铅芯橡胶支座的基础隔震结构设计为核心,从基础隔震结构的隔震层设计、上部结构位移差、结构扭转响应以及隔震层底板复杂应力分析四个方面进行了一系列的相关研究。主要研究成果如下:(1)总结国内外结构隔震加固方案的研究概况,对比了隔震加固相对于传统的抗震加固方式的优势。同时,也总结了在地震作用下,相邻建筑物位移差幅值的研究现状和减小位移差的措施。依据不同的分析目标,给出了隔震结构从简单到复杂四种不同简化程度的有限元分析模型,便于高效地参数化分析大底板整体隔震结构的各项动力指标。(2)将相邻多层框架结构简化成单自由度体系,研究上部结构的周期比和不同场地土类型地震波对整体隔震结构、相邻抗震结构和分离隔震结构在地震作用下上部结构位移差的影响。结果表明,相邻结构经大底板整体隔震加固后,上部结构位移差大致为其他两种体系的10%~20%,能够有效避免结构间的碰撞。针对大底板整体隔震加固结构,分析隔震层刚度和阻尼对上部结构位移差的影响。基于随机振动理论和振型分解法,给出了计算上部结构位移差幅值的理论公式。(3)针对上部结构动力特性的差异以及不规则平面带来的结构扭转效应和底板复杂应力问题,利用“串联刚片”模型分析上部结构以及隔震层动力特性对整体隔震结构扭转效应的影响。结果衣明,整体隔震结构的扭转响应大致为其他两种体系的50%~60%,增强了结构抗扭转性能。探究隔震层大底板连接处在双向地震作用下应力大小影响因素及其分布规律,给出相邻结构大底板整体隔震加固方案的隔震层设计方法。(4)基于某实际工程,在规范要求的各项控制指标(隔震支座在大震下水平位移、面压以及上部结构减震率)基础上,提出以消除结构整体扭转效应和削弱上部结构相对运动效应的双目标隔震层设计方法。按照上述原则设计后,大底板整体隔震结构的隔震效果与普通单体结构隔震效果一致,并且上部结构位移差也大大减小,能够充分发挥隔震技术在相邻结构加固中的优势。
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