基于弹塑性限位装置的基础隔震结构软碰撞行为

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受到强烈地震或近断层脉冲型地震动作用时,基础隔震结构可能出现过大的位移变形,导致结构倾侧失稳或与周边基坑发生硬碰撞。为限制隔震层的水平位移,本文通过微分形式的Bouc-Wen模型研究设计了一项“双折线”的弹塑性限位防护装置,与隔震支座共同组成耗能减震复合体系,通过软碰撞完成隔震结构的二次补强作业。首先选用SAP2000建立动力分析模型,将钢结构框架改造为基础隔震结构并简化为杆系模型,将Gap单元与Plastic(wen)单元串联模拟初始间隙与弹塑性限位装置,输入近断层脉冲型地震动激励,分别计算隔震结构在自由振动以及软碰撞情况下的主脉冲动力响应。然后提取出上述模型的质量、刚度与阻尼等结构属性,选用Simulink平台建立多质点仿真模型,采用Bouc-Wen模型考虑隔震层、上部结构与限位装置的非线性变形,输入近断层脉冲型地震动激励,分别计算隔震结构在自由振动以及多次软碰撞情况下的动力响应。结果表明发生软碰撞的基础隔震结构同时存在缓冲限位作用与动力放大效应;且在理想单次软碰撞下,限位装置的屈服强度、弹性刚度同上部结构的最大层间位移角之间表现出良好的正相关性;多次软碰撞发生时,该正相关性受到一定干扰,局部呈现负相关性。最后基于Simulink仿真模型,采用高维选点法和谱表示法人工模拟完全非平稳地震,研究限位装置的耗能作用与基础隔震结构在软碰撞作用下的动力响应特性。结果发现当限位装置的屈服强度比αy与弹性刚度比αk相差不大时,屈服强度起主要影响作用,弹性刚度起一定的控制作用;且当两者均较大时,软碰撞对上部建筑的扰动较为剧烈,有可能激发结构的高阶振型,或者导致楼层构件发生非线性变形并呈现出阶梯状的层间位移时程曲线,发生永久性的层间位移残余变形。
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