层间隔震结构的动力时程分析及可靠度分析
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摘要
建筑物隔震通常是在基础顶部和上部结构之间设置隔震装置,这项技术称为基础隔震。随着人们对基础隔震技术研究和应用的不断深入,基础隔震渐渐显示出其弊端,并限制了隔震技术的发展。随之应运而生了层间隔震技术,即在建筑物楼层之间设置隔震支座的减震方法。根据隔震支座在层间的位置不同,又分为中间层隔震和屋盖隔震。本文重点研究的是中间层隔震的减震效果及其可靠性能,即将隔震层设置在一层柱顶和楼板之间来控制地震反应。中间层隔震结构在振动特性、减震机理以及设计方法等诸多方面有别于基础隔震结构和屋盖隔震结构。
本文阐述了隔震支座的力学性能,进而建立了层间隔震结构有限元计算模型,并从理论上推导出系统的动力平衡方程。以一个12层框架—剪力墙结构为例,通过引入可靠度理论,利用ANSYS软件对传统抗震结构和层间隔震结构进行弹性和弹塑性的地震时程反应分析,再根据时程分析的统计结果进一步计算出层间隔震结构的各楼层相对位移可靠度和结构体系可靠度。
论文讨论了传统抗震结构和层间隔震结构的地震响应,并对两种结构的响应结果进行了比较分析。研究表明:层间隔震结构具有非常明显的减震效果,结构体系的可靠度主要由隔震层的可靠度所决定。可以通过调整隔震层的可靠性以达到比抗震结构更为可靠的结果。
In earthquake-isolation buildings, the earthquake isolation devices are normally settled between the top of the foundation and upper structure and the technique is called base isolation. With the development of researches on the base isolation and deeper insights into the applications of this technique, its shortcomings, which have limited the techniques of earthquake isolation, begin to emerge. Then came into being the interlayer seismic isolated technique with seismic-isolation bearings are set up between the floors of the building. In accordance with bearings in the layer between the different positions, this new technique research is divided into middle layer seismic isolation and roof seismic isolation. The focus of this paper is to study the damping effect and reliability of the middle layer seismic isolation, i. e. the seismic response is controlled by setting up the isolation layer between the columns in the first floor and second slab. Middle layer isolated structures is different in many aspects from the base isolation structure and roof isolation structure in vibration characteristics, damping mechanism, as well as design method.
The mechanical property of bearings is discussed in the paper. Furthermore, the finite element simulation model is established for the interlayer seismic isolated structure and the dynamic equilibrium equation for the system is deduced theoretically. By taking a 12-story shear-frame structure as an example and introducing the theory of reliability, the dynamic time-history seismic analysis for traditional anti-seismic structure and interlayer seismic isolated structure are performed using ANSYS program to obtain elastic and elastic-plastic responses. The reliability of relative displacement in each floor and the total seismic isolated structural system are further calculated according to the results of time-history responses.
The seismic responses for traditional anti-seismic structure and interlayer seismic isolated structure are calculated and the numerical results of the two type structures are compared. It is illustrated that the damping effect for the interlayer seismic isolated structure is efficient and the system is mainly determined by the reliability of isolated layer. Hence, the more reliable reliability can be achieved than the anti-seismic structure by adjusting the reliability of the isolated layer.
本文阐述了隔震支座的力学性能,进而建立了层间隔震结构有限元计算模型,并从理论上推导出系统的动力平衡方程。以一个12层框架—剪力墙结构为例,通过引入可靠度理论,利用ANSYS软件对传统抗震结构和层间隔震结构进行弹性和弹塑性的地震时程反应分析,再根据时程分析的统计结果进一步计算出层间隔震结构的各楼层相对位移可靠度和结构体系可靠度。
论文讨论了传统抗震结构和层间隔震结构的地震响应,并对两种结构的响应结果进行了比较分析。研究表明:层间隔震结构具有非常明显的减震效果,结构体系的可靠度主要由隔震层的可靠度所决定。可以通过调整隔震层的可靠性以达到比抗震结构更为可靠的结果。
In earthquake-isolation buildings, the earthquake isolation devices are normally settled between the top of the foundation and upper structure and the technique is called base isolation. With the development of researches on the base isolation and deeper insights into the applications of this technique, its shortcomings, which have limited the techniques of earthquake isolation, begin to emerge. Then came into being the interlayer seismic isolated technique with seismic-isolation bearings are set up between the floors of the building. In accordance with bearings in the layer between the different positions, this new technique research is divided into middle layer seismic isolation and roof seismic isolation. The focus of this paper is to study the damping effect and reliability of the middle layer seismic isolation, i. e. the seismic response is controlled by setting up the isolation layer between the columns in the first floor and second slab. Middle layer isolated structures is different in many aspects from the base isolation structure and roof isolation structure in vibration characteristics, damping mechanism, as well as design method.
The mechanical property of bearings is discussed in the paper. Furthermore, the finite element simulation model is established for the interlayer seismic isolated structure and the dynamic equilibrium equation for the system is deduced theoretically. By taking a 12-story shear-frame structure as an example and introducing the theory of reliability, the dynamic time-history seismic analysis for traditional anti-seismic structure and interlayer seismic isolated structure are performed using ANSYS program to obtain elastic and elastic-plastic responses. The reliability of relative displacement in each floor and the total seismic isolated structural system are further calculated according to the results of time-history responses.
The seismic responses for traditional anti-seismic structure and interlayer seismic isolated structure are calculated and the numerical results of the two type structures are compared. It is illustrated that the damping effect for the interlayer seismic isolated structure is efficient and the system is mainly determined by the reliability of isolated layer. Hence, the more reliable reliability can be achieved than the anti-seismic structure by adjusting the reliability of the isolated layer.
引文
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