隔震橡胶支座楼梯及框架结构抗震性能研究

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楼梯间是人们应急逃生的重要通道,若其发生严重破坏,将造成逃生通道阻塞甚至中断,后果将不堪设想。现行国家标准图集建议在框架结构楼梯梯段板下端设置滑动支座,以释放梯段板的斜撑效应,但此措施存在安全隐患。为此,本文建议在梯段板下端设置隔震橡胶支座,将隔震橡胶支座应用到六层钢筋混凝土框架结构中,利用ETABS建立隔震楼梯框架结构模型,进行仿真分析;并以设置隔震橡胶支座(以下简称LTZZ)和滑动支座(以下简称HDZZ)两种钢筋混凝土(RC)框架楼梯间结构单元为对象,进行两跨对比模型振动台试验,研究其抗震性能。主要研究内容和结论如下:(1)为研究RC框架结构设置楼梯隔震橡胶支座的效果,利用ETABS有限元软件建立计入楼梯、不计入楼梯、设置滑动支座和隔震橡胶支座的4个框架结构模型,进行地震作用下梯段板下端不同构造措施对框架结构地震反应影响的对比分析。结果表明:与不考虑楼梯作用相比,设置隔震橡胶支座后,RC框架结构的周期、振型、地震作用、层间位移、框架梁柱和楼梯梁柱的地震内力等均未明显变化,表明隔震橡胶支座能有效地释放梯段板的斜撑效应;与滑动支座结构相比,隔震橡胶支座结构沿地震动输入方向的水平滑动位移基本相同,同时减小了梯段板竖向翘起位移。(2)为研究梯段板下端设置隔震橡胶支座和楼梯间位置对RC框架结构抗震性能的影响,利用ETABS软件建立了不包括、包括隔震橡胶支座的3种楼梯间布置方案,6个框架结构模型。通过模态分析、反应谱分析和Pushover分析,研究隔震橡胶支座和楼梯间位置对框架结构的振型、内力及破坏机制的影响。结果表明:梯段板下端设置隔震橡胶支座后,楼梯间位置对RC框架结构的扭转效应影响较小,且框架结构在两个主轴方向的动力特性比较接近;楼梯间框架柱内力均显著降低,但楼梯间布置在最边跨,在垂直于梯跑方向地震作用下,框架结构边柱内力较大;框架梁对整体框架结构的耗能贡献较多,增强了框架结构的抗震性能,大震时楼梯构件严重破坏较晚,设置隔震橡胶支座可保证楼梯整体稳定性。(3)为检验梯段板下端设置隔震橡胶支座和聚四氟乙烯板滑动支座对现浇RC板式楼梯抗震性能的影响,以设置这两种支座的RC楼梯间框架单元为对象,对缩尺比例为1:3的模型结构进行了振动台试验,通过输入不同的地震波,观察其破坏过程和破坏机理,分析其遭遇不同烈度水准地震作用下模型结构的自振频率、加速度反应和位移反应等。结果表明:梯段板下端设置隔震橡胶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;采用滑动支座的楼梯,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;采用隔震橡胶支座的楼梯,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。对两种梯柱型式楼梯子结构,隔震橡胶支座具有滤掉高频地震波的作用;对“3梯柱+1框柱”型楼梯子结构,梯段板下端设置隔震橡胶支座和滑动支座后最大频谱峰值的放大及缩小幅度基本相近;对“4梯柱”型楼梯子结构,隔震橡胶支座侧和滑动支座侧最大频谱峰值放大幅度比较接近。在输入地震波能量较大时,设置两种支座的楼梯子结构的二阶振型均比较明显;两种支座的楼梯子结构损伤程度也基本相近;梯段板下端设置隔震橡胶支座后,在地震作用下梯段板所受轴力很小,基本卸掉其斜撑效应。
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