强震作用下基础隔震结构碰撞分析及中日规范下响应对比

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基础隔震技术能够显著减少传入上部结构的地震能量,减小地震对上部结构的破坏。但由于基础隔震耗能装置多为延性构件,水平刚度小,因此在地震作用下水平侧移很大,可能导致隔震结构的基底与周边隔震沟挡墙或其他构造物发生碰撞。所以,研究结构在地震作用下的碰撞反应,对保证地震下的结构安全具有参考作用。由于日本处在地震多发带,开展抗震设计理论研究的时间早于中国,因此日本的抗震设计理论体系相对完备,其抗震隔震设计有值得中国借鉴的地方。所以对比分析隔震结构在两国抗震设计规范规定的地震动作用下的结构响应,找出二者的差异很有必要。本文以基础隔震结构为对象,开展了以下几方面的研究:I.详细的介绍现有的结构碰撞研究方法以及常用的碰撞分析模型,比较各类分析方法的异同和优缺点,介绍本文使用的有限元软件。II.描述碰撞运动方程的建立过程。结合工程实例建立了铅芯橡胶和摩擦摆基础隔震结构这两类隔震结构的有限元模型,研究了强震下隔震层与周边构造物碰撞对结构反应的影响。通过定义碰撞影响指数,重点进行了结构碰撞的参数分析,研究了地震方向变化、支座类型、建筑物高度对隔震建筑碰撞反应的影响,得到了一些结论。III.结合工程实例建立了以铅芯橡胶支座为隔震层的基础隔震结构有限元模型。选取2条实际观测地震记录以及3条人工地震波,基于中日抗震设计规范对所选地震动进行调幅。通过对比分析隔震结构在中国和日本抗震设计规范中震及大震作用下的隔震支座最大水平位移、层间位移角的最大值、最大层间剪力、顶层节点最大绝对加速度,以及中、日两国抗震规范制定的相应的限值,以期能够为中国建筑抗震设计规范编制提供一定参考。
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