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中美隔震建筑设计方法和支座性能取值对比研究

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中美隔震建筑设计方法和支座性能取值对比研究

作者：朱宇涛广州大学

学位级别：硕士

随着隔震技术的广泛应用,隔震设计也日趋规范化。我国在《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(以下简称抗规)中第12章提供了隔震设计方法,目前,针对隔震编写的《建筑隔震设计标准》(征求意见稿)(以下简称新隔标)已经进入报批阶段。本论... 详细信息

随着隔震技术的广泛应用,隔震设计也日趋规范化。我国在《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(以下简称抗规)中第12章提供了隔震设计方法,目前,针对隔震编写的《建筑隔震设计标准》(征求意见稿)(以下简称新隔标)已经进入报批阶段。本论文针对抗规、新隔标、美国规范ASCE 7-16和ASCE 7-10中的隔震结构设计相关内容以及隔震支座性能取值的不同,对中美两国规范中关于隔震设计方法部分内容和支座性能取值进行了对比研究,探讨两国规范隔震设计方法以及支座性能取值的差异,可为建筑隔震规范的修订及相关人员了解熟悉美国抗震规范提供参考。本文按50年超越概率为2%的地表峰值加速度基本相当的原则,通过转换地震动参数,确定了美国规范地震作用的对应参数,通过同一组支座性能试验数据对比中美两国试验检测方法和参数取值,并选择两栋相同的框架结构分别按照两国规范进行了隔震设计。采用底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法计算了结构的地震响应,并对计算结果进行对比分析,具体内容从以下几个方面展开:(1)分析中美两国隔震设计要求以及加速度设计反应谱,并对中美地震动参数进行换算,对比中美两国规范中的隔震设计方法的异同。(2)介绍美国规范ASCE 7-16对支座性能因素的定义及分类,并通过同一组铅芯橡胶隔震支座滞回曲线等力学性能试验数据,分别根据中美两国标准计算出试验支座的屈服后刚度和屈服力,以及试验影响参数λ***、λ***,对比其检测方法和参数取值的不同,可为修订新隔标提供参考。(3)对ASCE规范中等效侧力法的设计方法和抗规中底部剪力法进行了对比,以6层框架隔震结构模型为例,在中美两国相似的场地类别上,采用上述方法分别对模型进行隔震设计,对比其地震力垂直分布,结果表明ASCE 7-16考虑结构隔震层重量,结构周期以及等效阻尼比更符合实际工程。(4)根据中美两国设计规范对6层框架隔震模型以及18层框架剪力墙隔震模型分别进行时程分析计算,探究其选择地震波方法的差异性,并对计算结果进行分析,结果表明ASCE 7-16选择地震波方法上可降低离散性,且中国隔震模型的地震响应在美国隔震模型地震响应上下限范围内。(5)介绍新隔震规范的迭代原理及计算方法,按照新隔震规范反应谱、美国ASCE7-16反应谱对同一隔震模型进行迭代计算,探究其迭代方法的不同,并对隔震模型进行振型分解反应谱法的分析总结,结果表明ASCE 7-16计算的结构响应大致相当于新隔震设计规范中震的水平,且新隔震规范中震的结构响应在该上下限范围内。

关键词： ASCE7-16 支座性能隔震设计方法地震波迭代方法

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刚性滑板隔震支座实用化设计方法研究

刚性滑板隔震支座实用化设计方法研究

作者：贾瑜昆明理工大学

学位级别：硕士

由于摩擦系数的限制,摩擦滑移隔震技术早期主要被应用到一些高宽比小、高度低的砖混砌体结构中,对框架结构的研究较少。同时,由于该技术耗能方式仅为摩擦耗能,在地震时的过大位移会造成限位装置的破坏且需要单独设置复位机构,施工难度... 详细信息

由于摩擦系数的限制,摩擦滑移隔震技术早期主要被应用到一些高宽比小、高度低的砖混砌体结构中,对框架结构的研究较少。同时,由于该技术耗能方式仅为摩擦耗能,在地震时的过大位移会造成限位装置的破坏且需要单独设置复位机构,施工难度大。现在隔震建筑中应用最为广泛的橡胶隔震支座也有其不足之处,例如:橡胶硫化不完全、易老化、竖向承压较小等。为了克服上述隔震技术存在的缺陷,本文提出一种新型刚性滑板隔震支座,该支座将滑移体系及复位橡胶剪切弹簧融为一体,在实际工程中能够具有一定的恢复性能,弹簧部分更换方便,还具有结构简单、造价低、便于运输与施工、适合于多层及高层建筑等诸多优点。本文基于该隔震支座进行了以下主要研究工作:（1）基于传统橡胶材料属性,橡胶隔震支座的刚度理论,以及摩擦滑移支座的摩擦力模型,对比分析了刚性滑板隔震支座中滑移体系及复位橡胶剪切弹簧组的理论刚度,建立支座各部分以及支座整体的滞回曲线。（2）采用1500吨压剪试验机,对新型刚性滑板隔震支座进行力学性能试验,探究该支座在不同竖向荷载、不同摩擦材料（纯聚四氟乙烯和改性聚四氟乙烯）下的摩擦系数和力-位移曲线。试验表明:新型刚性滑板隔震支座的力学性能稳定,摩擦材料的摩擦系数较小（0.02~0.04）,支座整体的竖向承载力较高,是一种理想的隔震支座。（3）在刚性滑板隔震支座试验研究结果的基础上,根据国内外相关设计标准和规范规程以及前人的理论分析和试验研究成果,运用SAP2000有限元软件以一单层钢结构为分析模型,总结和探讨了适合于刚性滑板隔震结构的设计方法,给出详细的设计流程,包括地震波输入、隔震支座参数设置等,为后人进行隔震设计提供了一定的参考依据,有助于刚性滑板隔震支座在实际工程中的推广使用。（4）选用实际工程案例,分别采用传统橡胶隔震技术和刚性滑板隔震技术对其进行隔震设计。对比分析了上述框架模型结构的层间位移、层间剪力和顶层加速度。通过上部结构隔震前后的地震响应对两种隔震支座的隔震效果及性能表现进行评价及比较。结果表明,本文研发的新型刚性滑板隔震支座在隔震效果上完全能够与传统的橡胶隔震支座相比。（5）为研究支座本体在地震响应中的具体表现,对刚性滑板支座自身的残余位移和滞回耗能进行分析。结果表明,添加了复位剪切橡胶弹簧组的刚性滑板隔震支座在震后基本能够自行回复到初始位置;支座耗能效果好,能够在地震中消耗地震能量;滞回曲线与理论试验结果相符合,模拟方式及参数设置方法正确。文中研发的新型刚性滑板隔震装置具有摩擦滑移体系和自动复位等功能,构造简单,适用性强,施工简单,可应用于实际工程。具有重要的科学理论价值、现实意义与应用前景。

关键词：刚性滑板支座摩擦系数有限元分析隔震设计方法滞回曲线

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层间隔震建筑结构设计方法与应用

低温建筑技术 2010年第7期32卷 51-53页

作者：宋涛赵歆冬西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

简要概括了国内外层间隔震技术的应用发展状况,并介绍了层间隔震结构的各种反应分析模型。对层间隔震结构的简化分析方法进行了讨论,并通过对目前隔震设计方法的总结研究以及在GB50011-2001《建筑抗震设计规范》关于隔震结构的简化计算... 详细信息

简要概括了国内外层间隔震技术的应用发展状况,并介绍了层间隔震结构的各种反应分析模型。对层间隔震结构的简化分析方法进行了讨论,并通过对目前隔震设计方法的总结研究以及在GB50011-2001《建筑抗震设计规范》关于隔震结构的简化计算方法的有关规定,提出了许多层间隔震结构设计方法的建议和意见。这将更好的推广层间隔震技术在建筑结构中的应用。

关键词：层间隔震分析模型隔震设计方法

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唐山紫荆学校隔震结构分析与设计

建筑结构 2023年第18期53卷 98-103页

作者：刘华史炎升卢清刚苗启松王俊亮北京市建筑设计研究院有限公司北京100045

唐山紫荆学校是高烈度设防地区的学校项目,采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构+基础隔震体系。以该项目为例对3种隔震设计方法进行了对比分析研究,梳理了抗规减震系数法、抗规整体设计法、隔标整体设计法的设计流程、计算参数,对比了3种设... 详细信息

唐山紫荆学校是高烈度设防地区的学校项目,采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构+基础隔震体系。以该项目为例对3种隔震设计方法进行了对比分析研究,梳理了抗规减震系数法、抗规整体设计法、隔标整体设计法的设计流程、计算参数,对比了3种设计方法对基础隔震结构的关键技术指标的影响。隔震层分别落在人防地下室顶、普通地下室顶和基础顶,存在楼、电梯穿隔震层,局部大跨度结构隔震等问题;采用错层隔震法解决了楼、电梯托挂结合穿隔震层的难题。对比分析了柱底铰接模型与带支座整体模型对大跨度结构隔震支墩内力的影响,归纳了大跨度隔震层设计要点。

关键词：隔震设计方法隔震支座等效线性化迭代楼、电梯穿越隔震层隔震层大跨度梁

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自复位刚性滑板隔震支座性能及实用化研究

自复位刚性滑板隔震支座性能及实用化研究

作者：王晶昆明理工大学

学位级别：硕士

传统的滑板隔震支座仅适用于某些特定的结构,且缺乏限位、复位能力,震时无法控制支座的滑动位移,震后则会残留较大位移。因此该类型支座常与橡胶隔震支座共同使用,形成组合隔震体系。本文提出一种新型组合式隔震支座——自复位刚性滑板... 详细信息

传统的滑板隔震支座仅适用于某些特定的结构,且缺乏限位、复位能力,震时无法控制支座的滑动位移,震后则会残留较大位移。因此该类型支座常与橡胶隔震支座共同使用,形成组合隔震体系。本文提出一种新型组合式隔震支座——自复位刚性滑板隔震支座。该支座构造简单,主要由滑动摩擦元件与复位橡胶元件并联构成,利用了滑动摩擦元件摩擦耗能和复位橡胶元件超弹性复位的特点,解决了滑板隔震支座中限位、复位问题,且该支座具备滑板支座与橡胶支座的优点。本文介绍了自复位刚性滑板隔震支座的基本构造、工作原理,建立了该支座的基本恢复力模型,并针对该支座的滞回特性及基本力学性能影响因素进行试验研究;运用有限元软件ABAQUS对该支座进行数值模拟分析,分析该支座的力学机理及耗能特性,并深入研究该支座的组合特性与复位特性;针对支座出现的问题,对支座进一步优化、研究,且提出适合该支座的隔震设计方法,并评估其隔震效能。本文通过试验研究与有限元数值模拟分析相结合的方法,主要研究内容及结果如下:(1)介绍了自复位刚性滑板隔震支座的理论基础,结合滑动摩擦隔震力学模型及橡胶隔震力学模型提出了滑动摩擦元件力学模型和复位橡胶元件力学模型,建立了自复位刚性滑板隔震支座恢复力模型,详细介绍了自复位刚性滑板隔震支座的主体构造及工作原理。(2)使用1500t压剪试验机,对自复位刚性滑板隔震支座进行力学性能试验。研究支座在不同竖向压应力、不同水平加载频率、不同水平加载位移、刚性滑块初始位置不同工况下的滞回特性;同时对拆卸复位橡胶后的滑动摩擦元件进行试验研究,试验结果表明:自复位刚性滑板隔震支座构造合理,工作原理明晰,竖向水平双向解耦,支座整体力学性能较为稳定,摩擦材料摩擦系数较小(0.02～0.05),竖向荷载由刚性滑块承担,复位橡胶不受竖向力,仅发生剪切变形提供复位力,刚性滑块初始位置不同对该支座性能有一定影响。(3)支座在不同竖向压应力、不同水平加载频率下,加载位移幅值为160mm工况下滞回曲线均出现突变,这是由于支座的刚性滑块由球形板与中间座板组成,当刚性滑块与限位块发生碰撞时,球形板与中间座板产生微小滑动,导致刚性滑块上的应力重分布,摩擦接触面上压应力增大,摩擦力也增大,滞回曲线发生突变。(4)本文运用有限元软件ABAQUS对该支座进行数值模拟分析,验证了试验结果的准确性。并针对该支座的组合特性及复位特性进行研究,进一步验证了该支座竖向水平双向解耦特性,明确了支座复位力与摩阻力的关联性,为后续支座设计奠定了基础。(5)针对自复位刚性滑板隔震支座因碰撞导致滞回曲线突变的问题,对支座进行优化,设置复位板替代限位块,同时震后复位板也可让刚性滑块回位到初始位置附近。对优化后支座进行压剪试验与疲劳试验研究,运用ABAQUS对优化后支座进行数值模拟分析,并与试验结果对比分析。研究结果表明:优化后支座滞回曲线较为稳定,未出现优化前曲线突变情况。(6)在自复位刚性滑板隔震支座的试验研究结果及数值模拟分析结果基础上,运用ETABS对一混凝土框架结构进行分析计算,设计了适用于自复位刚性滑板隔震支座的设计方法,给出了详细的设计流程。本文研发的自复位刚性滑板隔震支座具备摩擦耗能及限位、复位功能,避免了滑动摩擦型隔震支座与限位装置碰撞而导致的上部结构加速度扰动问题,同时也具备震后自复位功能。该支座构造简单,工作原理明晰,施工方便,可应用于实际工程。

关键词：自复位刚性滑板隔震支座摩擦系数组合特性复位特性隔震设计方法

烟风道基于线弹性反应谱的等效线性化隔震设计研究

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烟风道基于线弹性反应谱的等效线性化隔震设计研究

作者：柏洁山东大学

学位级别：硕士

烟风道是火力电站烟风系统的重要组成部分,现有的烟风道支座无法较好的满足隔震需求。我国地震频发,国家对于建筑物、构筑物、基础设施的抗震要求越发严格。因此,研究烟风道体系的隔震设计对工程具有举足轻重的实际意义。本文基于线弹... 详细信息

烟风道是火力电站烟风系统的重要组成部分,现有的烟风道支座无法较好的满足隔震需求。我国地震频发,国家对于建筑物、构筑物、基础设施的抗震要求越发严格。因此,研究烟风道体系的隔震设计对工程具有举足轻重的实际意义。本文基于线弹性反应谱,利用等效线性化方法以及有限元分析,对烟风道的隔震设计进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作:(1)根据实际工程数据,利用SAP2000建立了隔震、非隔震烟风道体系的三维实体非线性模型。根据频谱、有效峰值和持时,对中硬、中软场地选取了合适的地震波。通过直接积分的非线性时程分析,得到了不同位置支座的三线性滞回曲线,滞回曲线饱满,耗能作用明显。提取支架剪力、加速度,道体剪力、加速度,对比分析了隔震前后的最大时程反应。对比结果表明,双凹摩擦摆支座对于地震能的耗散作用明显,支架和道体的剪力、加速度能得到有效的控制,减小了烟风道在地震作用下的结构破坏程度。(2)通过对隔震烟风道体系做非线性时程分析,对比了 7、8度罕遇地震,中软、中硬场地隔震烟风道体系的动力响应,探究了地面运动参数对隔震的影响。结果表明,中软、中硬场地上隔震烟风道体系减隔震效果良好;场地类型相同时,8度罕遇地震减震效果更为明显,强震中减震作用明显。设置烟风道道体有、无积灰两种工况,探究积灰荷载对隔震烟风道体系地震响应的影响。结果表明,隔震支座在两种工况下减震明显,剪力、加速度减幅理想。(3)利用割线法、耗能相等以及双凹摩擦摆支座的理论滞回曲线,得到了双凹摩擦摆支座等效刚度、等效阻尼比、等效粘滞阻尼系数的表达式。将烟风道体系进行两质点模型简化,建立了隔震烟风道体系的运动方程。运用复模态阻尼和应变能理论,得到了隔震烟风道体系组合阻尼比的表达式。通过模型实例,对采用等效参数的烟风道进行线性时程分析,与非线性时程工况结果作对比,对等效线性化方法进行了验证并分析了误差产生的原因。(4)利用本文隔震支座、隔震烟风道体系等效线性化参数求解方法,参照美国规范中设计位移和等效周期的求解公式,提出了烟风道体系基于线弹性反应谱的等效线性化隔震设计方法。以中软场地7度罕遇地震下某矩形钢烟道基于线弹性反应谱的等效线性化隔震设计为例,给出了具体的设计流程。

关键词：隔震烟风道等效线性化组合阻尼比反应谱隔震设计方法

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基础隔震结构直接基于位移设计研究

水利与建筑工程学报 2022年第1期20卷 171-176页

作者：方泓杰董昕珺林友勤吴应雄邓烜商昊江章永伟福州大学土木工程学院福建福州350108 中国建筑标准设计研究院有限公司北京100000 福建省建筑科学研究院有限责任公司福建福州350100 龙岩市西安建筑工程有限公司福建龙岩364000

目前主流的抗震性能化设计方法是直接基于位移的设计方法,在地震作用下,该方法可有效控制结构的损伤和变形。针对基础隔震结构的设计,有必要提出一种直接基于位移的设计方法。通过对LRB隔震系统进行等效线性化建立等效2DOF模型,再结合... 详细信息

目前主流的抗震性能化设计方法是直接基于位移的设计方法,在地震作用下,该方法可有效控制结构的损伤和变形。针对基础隔震结构的设计,有必要提出一种直接基于位移的设计方法。通过对LRB隔震系统进行等效线性化建立等效2DOF模型,再结合振型分解反应谱法,建立隔震层和上部结构的位移反应的数学表达式,并结合标准的DDBD方法提出了基于位移的隔震设计方法。最后采用提出的基础隔震设计方法对一榀钢筋混凝土平面框架进行设计,并对设计结构进行弹塑性时程分析,时程分析结果证实提出的设计方法的有效性。

关键词：基础隔震结构隔震设计方法非线性分析

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探讨隔震层建筑结构设计

科技与生活 2011年第1期 129-130页

作者：唐小凤江西省奉新县建筑设计院江西宜春330700

文中主要对隔震结构简化计算和分析方法的研究探讨，说明隔震层的位置在结构计算中起着关键的作用，对于隔震层较高即中间层隔震的结构设计方法是以后研究的重点。

关键词：结构隔震分析模型隔震设计方法