设有夹层橡胶支座的底框隔震结构的分析与研究
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摘要
本文的研究对象是底框隔震结构的建筑物，采用夹层橡胶垫隔震支座，对其进行分析与研究。
论文对该隔震结构建立了有限元模型，并用时程分析法分析了橡胶垫隔震结构的受力特点、上部结构的位移反应特点等内容。理论计算的结果表明，隔震体系安全可靠，计算简便；隔震结构在水平地震作用下的位移反应以“整体平动”为主，结构的变形集中在隔震层。
论文对上部结构相同的隔震建筑和不隔震建筑的抗震效果进行了比较。研究表明，底框隔震结构采用橡胶垫隔震支座时具有明显的隔震效果，它能大大减轻结构的水平地震作用。隔震结构的基底剪力、上部结构的层间剪力、层间位移都远远小于不隔震结构的计算结果。
针对隔震结构在不同地震波下响应的特征和程度的不同，本文对隔震结构的长周期效应进行了分析和探讨，并提出了隔震结构时程分析计算时地震波选取的建议和方法。
在隔震结构的设计过程中，对上部结构的设计现有的实用设计方法是采用“水平换算烈度”的方法。本文对这种方法计算的结果与时程分析法计算的结果进行了比较，证明了采用“水平换算烈度”方法是合理的，并提出了一些改进的措施。
另外还对隔震结构的优化设计、经济性能等进行了分析与研究。
This paper mainly does the research with a base-isolated structure. The bearing of the structure is consists of Laminated Rubber Bearings(LRB).
In the first, the finite element models are rendered to analysis the mechanical performance of the isolation structure. The results of earthquake time history analysis indicate that base isolation structure can effectively reduce the earthquake response of buildings. The LRB isolation is not only safe and liable, but also easy to analysis. The deformation of the structure mainly focused on the isolation layer and the superstructure shift as a whole.
The results of earthquake time history analysis between the base-isolated structure and base-fixed structure are compared. The results indicate that the base shear, the interlayer shear, the interlayer displacement of the isolation system is far lower than the results of the base-fixed system under the same condition of the superstructure.
According to the different response under different earthquake waves, the paper discussed the long-period character of the isolation structure. The results of analysis indicates that the isolation structure has better effect for the earthquake wave which was dominated of short-period wave.
The method which is common used of designing the isolation structure is based on the concept of "level-conversion intensity". The more precise results must be obtained from the time history analysis. The results of the two methods are compared which show that the method of "level-conversion intensity" is reasonable. In addition, some advice and measurements are put forward.
Finally, the paper discussed the optimization of designing, economical function and some others of LRB isolation system.
论文对该隔震结构建立了有限元模型，并用时程分析法分析了橡胶垫隔震结构的受力特点、上部结构的位移反应特点等内容。理论计算的结果表明，隔震体系安全可靠，计算简便；隔震结构在水平地震作用下的位移反应以“整体平动”为主，结构的变形集中在隔震层。
论文对上部结构相同的隔震建筑和不隔震建筑的抗震效果进行了比较。研究表明，底框隔震结构采用橡胶垫隔震支座时具有明显的隔震效果，它能大大减轻结构的水平地震作用。隔震结构的基底剪力、上部结构的层间剪力、层间位移都远远小于不隔震结构的计算结果。
针对隔震结构在不同地震波下响应的特征和程度的不同，本文对隔震结构的长周期效应进行了分析和探讨，并提出了隔震结构时程分析计算时地震波选取的建议和方法。
在隔震结构的设计过程中，对上部结构的设计现有的实用设计方法是采用“水平换算烈度”的方法。本文对这种方法计算的结果与时程分析法计算的结果进行了比较，证明了采用“水平换算烈度”方法是合理的，并提出了一些改进的措施。
另外还对隔震结构的优化设计、经济性能等进行了分析与研究。
This paper mainly does the research with a base-isolated structure. The bearing of the structure is consists of Laminated Rubber Bearings(LRB).
In the first, the finite element models are rendered to analysis the mechanical performance of the isolation structure. The results of earthquake time history analysis indicate that base isolation structure can effectively reduce the earthquake response of buildings. The LRB isolation is not only safe and liable, but also easy to analysis. The deformation of the structure mainly focused on the isolation layer and the superstructure shift as a whole.
The results of earthquake time history analysis between the base-isolated structure and base-fixed structure are compared. The results indicate that the base shear, the interlayer shear, the interlayer displacement of the isolation system is far lower than the results of the base-fixed system under the same condition of the superstructure.
According to the different response under different earthquake waves, the paper discussed the long-period character of the isolation structure. The results of analysis indicates that the isolation structure has better effect for the earthquake wave which was dominated of short-period wave.
The method which is common used of designing the isolation structure is based on the concept of "level-conversion intensity". The more precise results must be obtained from the time history analysis. The results of the two methods are compared which show that the method of "level-conversion intensity" is reasonable. In addition, some advice and measurements are put forward.
Finally, the paper discussed the optimization of designing, economical function and some others of LRB isolation system.
引文
1．周福霖．工程结构减震控制，北京：地震出版社，1997
2．日本免震构造协会 编．图解隔震结构入门．北京：科学出版社 OHM社，1998年
3．[日]武田寿一 主编 纪晓惠 陈良 鄢宁 译，建筑物隔震、防振与控振．北京：中国建筑工业出版社，1997年
4.Kobri T. Future direction on research and development of seismic-response controlled structure Proc. 1 st World Conf. Struct. Control,19-31,1994
5．李桂青 霍达 邹祖军．结构控制理论及其应用．湖北：武汉工业大学出版社，1992
6．王照林．现代控制理论基础．北京：国防工业出版社，1981
7.J.C Snowdon. Vibration Isolation Use and Characterization. Journal of The Acoustical Society of Americal,66:1245-1279,1979
8．黄永林 孔建国 章熙海 张雪亮 基础隔震技术的发展及其对未来建筑设计思想的影响 工程抗震 2000(1)：24-29
9．(日)建设省．道路桥梁隔震设计手册(草案)．平成4年10月
10．中华人民共和国石油天然气行业标准—石油浮放设备隔震技术标准(SY／T0318-98)．北京：石油工业出版社．1999年
11.Okada, T.and Simeonov, B. Pestaloci Elementary School Main Building in Scopje-Base Isolation Building-, 1985,4.
12.Applied Technology Council. Proceedings of Seminar on Seismic Isolation,Passive Energy Dissipation, and Active Control. Vol 1, San Francisco, California,USA, March, 1993
13.Proceeding of International Workshop on Use of Rubber Bearing for Earthquake Protection of Building. Shantou, China. May, 1994
14．火层橡胶垫隔震技术规程编制组．夹层橡胶垫隔震技术规程(征求意见稿)．1998．9
15．国家标准《建筑抗震设计规范》管理组．建筑抗震设计规范(征求意见稿)．1998．9
16．苏经宇 曾德民 樊水荣 马东辉 李虹 叠层钢板橡胶隔震体系设计与分析 工程抗震 1996(4)：27-32
17．冼巧玲 周福霖 王伟 橡胶垫隔震框架结构试验研究 世界地震工程 1996(2)
18．唐家祥等．叠层橡胶基础房屋结构设计与研究．建筑结构学报．1996(2)：37-47
19.Chen Y, Ahmadi G. Performance of a high damping rubber bearing base isolation system for a shear beam structure. J. Engrg. Mech., 1994.23:729-744
20．(新)R．I．Skinner、W．H．Robinson、G,H．McVerry，工程隔震概论，谢礼立、周雍年、赵兴权译校，地震出版社，1996．12
21．王光远 等 工程结构与系统抗震优化设计的实用方法 北京：中国建筑工业出版社，1999，10
22．唐家祥等．建筑结构基础隔震．湖北：华中理工大学出版社，1993年
23．唐家祥 隔震与消能减震结构的设计规定—《建筑抗震设计规范》修订简介(七) 工程抗震 1999(3)：13-17
24．苏经宇，韩森，周锡元，曾德民．橡胶支座基础隔震建筑地震作用实用设计方法．振动工程学报．1996(6)
25．杨大超．考虑地基刚度的底层框架砖房自振周期的计算，工程抗震，1996(4)：20-26
26.Malhotro P K. Dynamics of seismic impacts in base-isolated buildings.Earthquake Engrg. Struct. Dyn., 1997.26(8):797-813
27．王亚勇等．结构抗震时程分析法输入地震记录的选择方法及其应用．建筑结构．1992(5)：3-6
28．SAP2000 Web Tutorial 2，1998．6
29．张文芳．多层砖房基础滑移隔震的试验、理论分析和应用研究．东南大学(博士学位论文)．1999．1
30．徐忠根，周福霖．我国首栋橡胶垫隔震住宅楼动力分析．世界地震工程．1996(1)
31．张雄，刘浩吾．砖混建筑模型基底隔震试验研究，地震工程与工程振动．1995．15(1)
32．王松涛、曹资编著．现代抗震设计方法．北京：中国建筑工业出版社，1997．6
33.Pan T C, Cui W. Dynamic characteristics of shear buildings on laminated rubber bearings. Earthquake Engrg. Strut. Dyn., 1996,25:743-749
34．中华人民共和国建筑工业行业标准—建筑隔震橡胶支座(征求意见稿)，北京：中华人民共和国建设部，建筑隔震橡胶支座产品标准编制组．1997．6
35．丁文镜，减震理论．北京：清华大学出版社．1988
36．李树信，姚谦峰．多层砖混基底隔震的应用研究．西安冶金建筑学院学报 1991(4)
37．王亚勇，王理，不同阻尼比长周期抗震设计反应谱．工程抗震．1990(1)
38.Studies On Seismic Isolation of Buildings. J.M.Ferritto. ASCE. 1991.11
39.Nonlinear Dynamic Analysis of Multiple Building Base Isolation Structure.P.C.Tsopelas, S.Nagarajash, M.C.Constantinou, A.M.Reinhorn, NCEER, 1991.5
40.Dynamics of structures, Ray W. Clough, Joseph Penzien, McGraw-Hill Book Company, 1975
41．沈聚敏、周锡元、高小旺、刘晶波编著．抗震工程学．北京：中国建筑工业出版社．2000．12
42．李向真，周福霖．基础隔震体系加速度反应的频率特征及动态参数选取．世界地震工程．1997，13(1)
43．胡聿贤．对抗震规范中不同地震烈度的一个建议，建筑结构学报．1983(3)
44.Bernal D. Locating events in step-by-step integration of equation of motion. J.Engrg. Mech., 1991,117(2):530-545
45.Radellar J, Barbat A H and Molinares N. Response analysis of building with a new nonlinear base isolation system. Proc. 1st World Conf. Strut. Control, 1994,TP 1:31-40
46．邓军，唐家祥．时程分析法输入地震记录的选择与实例，工业建筑．2000(8)：9-12
47.Tasi H C. Dynamic analysis of base-isolated shear beam bumping agaist stops.Earthquake Engrg. Strut. Dyn., 1997,26(5):515-528
48.Tomazevie M. Dynamic modeling of masonry buildings: story mechanism model as a simple alternative. Earthquake Engrg. Strut. Dyn., 1987,(15):731-749
49.Zhang W et al. Seismic ground motion analyses on a wave velocity model of one dimension. J. Southeast University, 1995(1a)
50.Li L. Base isolation measure for aseismic building in China. Proc. 8th world conf.Earthquake engrg., San Francisco, 1984,VI:791-798
2．日本免震构造协会 编．图解隔震结构入门．北京：科学出版社 OHM社，1998年
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