隔震剪力墙结构地震响应的反应谱分析与时程分析对比研究

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高层建筑的建设需求随着现代化进程推进不断增长,而抵御地震等自然灾害,保证建筑结构的安全性是结构设计人员的首要任务。隔震作为一种有效减小地震危害的手段,可以明显地降低地震作用,在许多实际工程上都得到了应用,并取得良好的经济效益。现行规范中对隔震结构设计多为指导性、原则性的规定,便于广大结构设计人员对其理解与应用,但在实际应用中会遇到许多含糊不清的问题。目前常用的隔震设计方法是结合水平减震系数的分部设计方法,该方法主要应用振型分解反应谱原理,其水平减震系数的计算建立在两个变形特性不同的模型上(隔震模型、非隔震),在工程应用中采用单一的隔震设计方法,不利于结构的优化及设计合理性的校核。为了促进隔震技术的发展与应用,本文基于大型有限元分析软件ETABS、SAP2000,以某实际剪力墙结构工程为工程背景,对隔震结构的反应谱设计方法与时程分析方法展开探索、比较,了解其基本原理、优缺点及两种方法的区别。编写matlab程序帮助完成大量的数据统计对比工作,通过图表能直观地发现隔震反应谱设计法与时程分析方法下的内力区别。本文的主要研究内容如下:(1)人工波的输入问题。研究人工波的输入数量,以100条人工波分成含有不同数量的人工波各组,对比时程分析楼层统计结果(楼层剪力均值、楼层倾覆弯矩均值、层间位移角均值),根据误差结果的收敛性判断合理的人工波输入数量。(2)水平减震系数的研究。研究水平减震系数的计算方法、影响因素,其在常规隔震反应谱设计法中的使用;本文提出的“构件内力折减系数”,与常规隔震设计的楼层水平向减震系数比较,对比单构件各内力分量下β与楼层β的差异,在构件内力层面上了解常规隔震设计振型分解反应谱分析方法上构件设计的安全储备或是否存在不合理的因素;(3)分析比较隔震建筑反应谱设计法中所用两个计算模型动力特性、变形形态的变化,对设计的影响。(4)研究隔震反应谱设计法及时程分析方法下结构的内力差异情况。工程实例中的结构分别采用反应谱设计方法、时程分析方法,以楼层内力和单构件内力为对象,在竖向方向比较楼层内力,在水平方向观察结构抗侧力构件的内力差异及差异分布规律。通过以上研究内容,隔震结构的反应谱设计法采用水平减震系数折减地震力的方法操作流程简单,有利于隔震技术的推广,但因其采用两个动力特性不同的计算模型,与采用时程分析方法下内力存在一定差异。部分构件在两方法的内力计算结果十分接近,部分构件则存在内力偏差十分大的情况。结合本文提出的“构件内力折减系数”与反应谱设计法下的楼层水平向减震系数比较结果得知,采用单一的折减方法,构件内力在折减后存在较大的安全富余度,不利于结构的优化设计和实现良好的经济性,或部分构件折减过大导致不安全的情况。
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