隔震楼梯结构抗震性能研究及参数分析

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作为多层混凝土框架结构的竖向通道,楼梯间不仅在平时起着交通疏导的作用,更在地震来临时起着逃生通道作用。然而,因为现浇楼梯构件的斜撑效应,楼梯间的抗侧刚度一般较大,楼梯构件往往在结构主体破坏前就已失效,丧失安全通道的作用。我国现行楼梯构件设计方法主要有两种:采用整体现浇做法,楼梯构件不参与结构整体计算,仅在构造上进行加强;在梯段板下端设置滑动支座以释放斜撑效应。这两种设计方法均存在不妥之处。本文提出将新型隔震橡胶支座设置于梯段板下端,在释放楼梯构件水平地震力的同时,弥补滑动支座的不足之处;通过缩尺模型的振动台试验和有限元模型的对比分析,研究新型隔震橡胶支座对楼梯构件及框架结构抗震性能的影响,主要内容及成果如下:(1)利用SAP2000软件建立7个不同梯柱形式的钢筋混凝土框架结构模型,进行模态分析、反应谱分析及弹塑性静力推覆分析,研究不同楼梯支承形式对整体结构及楼梯构件抗震性能的影响。结果表明:不同梯柱形式对主体结构刚度及内力分布影响较大,对楼梯构件与主体结构整浇的框架结构,应考虑这种影响;对于整体现浇楼梯,考虑地震作用的影响时,应尽量采用4梯柱支承形式,将楼梯构件与框架柱分离,减小楼梯构件与整体结构的相互影响;若采用3梯柱支承形式,可在梯段板下端设置滑动支座或隔震橡胶支座,减小梯段板的斜撑效应,使楼梯构件不坏或晚于整体结构破坏,保证楼梯间的安全岛功能。(2)为验证梯段板下端设置隔震橡胶支座对现浇钢筋混凝土板式楼梯抗震性能的影响,根据相似原理设计一个相似比例为1:3的两层、两跨楼梯间模型。在两跨楼梯梯段板下端分别设置隔震橡胶支座和聚四氟乙烯板滑动支座,以进行对比分析。通过对模型输入不同的地震波,观察其破坏过程,并分析其在不同强度地震波下模型的自振频率、加速度和位移反应等,研究其破坏机理。试验结果表明:梯段板下端设置隔震橡胶支座和滑动支座的楼梯单元具有良好的抗震性能,罕遇地震作用下破坏主要集中在框架结构中,有效地释放了梯段板的斜撑效应,实现了楼梯子结构晚于主体结构发生严重破坏;采用滑动支座时,在共振破坏试验中梯段板出现剧烈的竖向翘起、左右晃动现象;采用隔震橡胶支座时,梯段板竖向加速度有所减小,且共振破坏试验中未出现晃动现象。
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