三维隔震钢框架结构及内部非结构构件地震易损性研究

作     者：卫旺旺 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石运东

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：竖向地震 三维隔震 非结构构件 地震易损性 抗震性能 

摘      要：非隔震结构和水平隔震结构的竖向地震响应较大,易对室内设备、吊顶等非结构构件产生不利影响。近些年来,结构的震后功能性研究逐渐受到重视。三维隔震技术的出现,有效减小了结构的竖向响应。目前,对于三维隔震结构的抗震性能研究较少考虑非结构构件,且一般采用时域内的确定性研究方法,忽略了地震动不确定性对抗震性能评估产生的影响。本文通过数值模拟,建立了包含设备的非隔震、水平隔震及三维隔震钢框架结构分析模型,基于增量动力分析方法开展了结构与设备、吊顶等典型非结构构件的地震易损性研究。主要内容与结论如下:(1)研究了三维隔震结构的地震易损性。仅考虑上部结构层间位移角,三维隔震结构可达到与水平隔震结构相当的减震效率,易损性远低于非隔震结构。三维隔震结构的摇摆特性导致其易损性略高于水平隔震结构,限制结构的摇摆可有效改善此问题。当考虑隔震层位移后,两种隔震结构的易损性有所提高,且较为接近。近场作用下结构的易损性高于远场。(2)研究了滑移型设备的地震易损性。水平隔震和三维隔震对结构水平加速度的减震效率可达50%以上,使滑移型设备易损性低于非隔震结构。三维隔震结构的摇摆导致设备易损性略高于水平隔震结构。近场地震作用下,设备的易损性高于远场。(3)研究了倾覆型设备的地震易损性。水平隔震和三维隔震结构可有效减小设备的倾覆概率,在PGA为0.8g强震作用下倾覆概率仅为7%,而非隔震结构高达80%以上。水平隔震结构中设备摇摆角度较大,可达0.18rad,而三维隔震结构中设备摇摆角度一般保持在0.025rad以内,可与楼面近似保持相对静止状态,可以维持设备的震后功能性。(4)通过楼板竖向加速度研究了吊顶的地震易损性。水平隔震结构中楼板的竖向加速度相比非隔震结构产生放大作用,易对吊顶产生不利影响。三维隔震可以有效降低竖向加速度,在PGA为0.8g的强震作用下,吊顶处于基本完好状态的概率可达60%以上。近场地震作用下,非隔震结构与水平隔震结构中吊顶的易损性高于远场,而三维隔震结构呈相反规律。