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多级地震作用下lrb基础隔震结构的性态研究

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多级地震作用下LRB基础隔震结构的性态研究

作者：王昱翔华中科技大学

学位级别：硕士

基础隔震技术作为一种减轻地震作用的有效技术手段,因其安全耐久的特点而广泛应用于工程实践中,国内外学者针对其在地震作用下的动力特性和抗震性能开展了一系列研究。已有研究大多是针对常规地震进行的,然而烈度更高(极罕遇地震)或含... 详细信息

基础隔震技术作为一种减轻地震作用的有效技术手段,因其安全耐久的特点而广泛应用于工程实践中,国内外学者针对其在地震作用下的动力特性和抗震性能开展了一系列研究。已有研究大多是针对常规地震进行的,然而烈度更高(极罕遇地震)或含有更多脉冲成分(近断层脉冲型地震)的地震作用将会给结构带来更高的风险,此时隔震结构的性态和破坏模式将会发生显著变化。并且更高烈度或具有脉冲成分的地震作用将会使得隔震结构的上部结构出现相当程度的弹塑性发展,并且极大地增加了隔震系统与周围挡墙发生碰撞的风险,因此开展有关上部结构塑性发展以及隔震层碰撞对隔震结构动力特性影响的研究有着十分重要的现实意义。本论文以当前国内外广泛使用的铅芯橡胶隔震支座(lead rubber bearings,lrb)体系为对象,开展以下针对多级地震作用时隔震结构性态及灾变机理的研究工作:(1)以简化的两自由度隔震模型开展研究,即把上部结构等效为单自由度体系、隔震层作为一个自由度体系。通过非线性时程计算研究了上部结构自振周期、隔震周期和隔震层屈重比对结构动力特性的影响规律,并对比分析了实际地震和脉冲激励作用下、隔震层发生碰撞前后结构响应的差异。(2)进一步将上部结构简化为多自由度体系研究多层隔震结构在地震作用下上部结构刚度分布形式、自振周期、隔震周期和隔震层屈重比对结构动力响应的影响规律,特别是沿楼层的分布情况。此外研究了在发生碰撞的情况下多层结构响应的变化规律,结果表明碰撞会激发结构的高阶模态响应从而使得结构响应极大地增加。(3)对隔震结构两自由度简化体系和多自由度简化体系在碰撞前后的动力响应差异进行了系统对比分析,结果表明碰撞响应的大小与碰撞模型参数的取值关系不大,与隔震结构的上部结构参数、隔震层参数有密切的关系,特别是上部结构刚度特性的变化对碰撞响应有显著的影响。

关键词： lrb基础隔震结构弹塑性时程分析两自由度简化体系多自由度简化体系碰撞响应远场地震脉冲激励

lrb基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

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工程抗震与加固改造 2009年第2期31卷 32-38,42页

作者：叶昆李黎华中科技大学土木工程与力学学院华中科技大学控制结构湖北省重点实验室湖北武汉430074

对lrb(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究。考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远... 详细信息

对lrb(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究。考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,lrb基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和lrb隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响。研究表明:lrb基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对lrb基础隔震结构的动力反应有很大的影响。

关键词： lrb基础隔震结构近断层脉冲型地震常规地震动力响应

基于结构设计的lrb基础隔震结构水平向减震系数研究

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工程力学 2012年第A01期29卷 130-135页

作者：符蓉叶昆李绍进华中科技大学文华学院武汉430074 华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074 武汉电信光电科技有限公司武汉430074

现行的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关,... 详细信息

现行的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关,但对于两者之间的变化规律所开展的研究较少。该文以目前国内外最为普遍的lrb基础隔震结构为研究对象,通过等效线性化和振型分解反应谱方法,建立起了lrb隔震系统力学性能参数和上部结构地震作用的水平向减震系数之间的数学关系式以及计算方法,提供给工程设计人员用于基础隔震结构的初步设计过程之中。通过参数研究发现:上部结构自振周期小于0.6s,可以实现隔震后上部结构的水平地震作用比非隔震时降低一度半,上部结构自振周期介于0.6s^1.0s之间,可以实现降低一度,上部结构自振周期大于1.0s,最多可以实现降低半度。

关键词： lrb基础隔震结构减震系数等效线性化结构设计振型分解

基于响应面法的lrb基础隔震结构地震易损性分析

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建筑结构学报 2018年第S1期39卷 144-152页

作者：叶昆严文轩符蓉华中科技大学土木工程与力学学院文华学院城建学部

提出了一种基于响应面法的lrb基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了lrb基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和lrb隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与lrb基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-lrb基... 详细信息

提出了一种基于响应面法的lrb基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了lrb基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和lrb隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与lrb基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-lrb基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到lrb基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了lrb基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立lrb基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。

关键词： lrb基础隔震结构响应面法极罕遇地震地震易损性

lrb基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞响应研究

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LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞响应研究

作者：许梦月华中科技大学

学位级别：硕士

为了保证基础隔震结构在地震作用下有良好的抗震性能,需要足够的空间满足隔震层的变形需求。现行的建筑结构抗震设计规范(GB50011-2010)规定隔震结构周边的隔离缝缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于20... 详细信息

为了保证基础隔震结构在地震作用下有良好的抗震性能,需要足够的空间满足隔震层的变形需求。现行的建筑结构抗震设计规范(GB50011-2010)规定隔震结构周边的隔离缝缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于200mm。但随着极罕遇地震作用的引入,基础隔震结构在极罕遇地震作用下是否会因为隔震层水平变形过大而与周围挡土墙发生碰撞,以及发生碰撞的基础隔震结构是否还具有良好的抗震性能值得进一步研究。本文采用改进的Kelvin碰撞分析模型和双线性恢复力模型,建立基础隔震结构与周围挡土墙碰撞的运动方程,用MATLAB软件编程进行非线性时程分析。采用叠加小波函数的方法调整ATC-63推荐的22条远场地震动,使调整后地震动的平均加速度反应谱能够与极罕遇地震作用的加速度反应谱拟合,作为非线性时程分析的地震动输入。基于22条地震动非线性时程分析的统计结果,研究基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞响应。比较考虑碰撞和不考虑碰撞两种情况下,上部结构平均延性系数和隔震支座平均剪应变随隔震结构力学性能参数的变化曲线。发现基础隔震结构在极罕遇地震作用下极有可能与周围挡土墙发生碰撞,碰撞控制了隔震支座的剪应变,但加剧了上部结构的动力响应,在保证隔震支座的变形不超过极限破坏状态的变形时,应尽量减小碰撞发生的概率。按照设防烈度设计的基础隔震结构发生碰撞时仍具有良好的抗震性能,而降低设防烈度设计的基础隔震结构的抗震性能不及基础固定结构。比较不同碰撞参数下,上部结构平均延性系数和隔震支座平均剪应变随隔震结构力学性能参数的变化曲线,研究碰撞参数和隔震结构力学性能参数对隔震结构在极罕遇地震作用下碰撞响应的影响。结果表明提高上部结构或者隔震体系的屈服承载力可以降低上部结构的碰撞响应,增加隔震缝宽度、提高隔震体系屈服承载力或者隔震支座直径可以降低碰撞发生的概率。

关键词： lrb基础隔震结构极罕遇地震碰撞响应碰撞模型碰撞参数

基于结构设计的lrb基础隔震结构水平向减震系数研究

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基于结构设计的LRB基础隔震结构水平向减震系数研究

第20届全国结构工程学术会议

作者：符蓉叶昆李绍进华中科技大学文华学院华中科技大学土木工程与力学学院武汉电信光电科技有限公司

现行的建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关... 详细信息

现行的建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关,但对于两者之间的变化规律所开展的研究较少。本文以目前国内外最为普遍的lrb基础隔震结构为研究对象,通过等效线性化和振型分解反应谱方法,建立起了lrb隔震系统力学性能参数和上部结构地震作用的水平向减震系数之间的数学关系式以及计算方法,提供给工程设计人员用于基础隔震结构的初步设计过程之中。通过参数研究发现:上部结构自振周期小于0.6s,可以实现隔震后上部结构的水平地震作用比非隔震时降低一度半,上部结构自振周期介于0.6s-1.0s之间,可以实现降低一度,上部结构自振周期大于1.0s,最多可以实现降低半度。

关键词： lrb基础隔震结构减震系数等效线性化结构设计

来源： cnki会议评论

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基于直接设计法的基础隔震结构抗震性能评估

建筑结构学报 2023年第4期44卷 276-285,308页

作者：叶昆胡广杰华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074

新颁布的GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》针对隔震结构的设计提出了直接设计法,对于基于直接设计法所设计的隔震结构,有必要研究隔震系统力学性能参数对于隔震结构地震响应特征及失效模式的影响。以铅芯橡胶隔震支座(lrb)基础隔... 详细信息

新颁布的GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》针对隔震结构的设计提出了直接设计法,对于基于直接设计法所设计的隔震结构,有必要研究隔震系统力学性能参数对于隔震结构地震响应特征及失效模式的影响。以铅芯橡胶隔震支座(lrb)基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于直接设计法和振型分解反应谱法推导了lrb隔震系统力学性能参数与上部结构地震作用和隔震层最大水平变形之间的简化计算式,探讨了lrb隔震系统的不同力学性能参数对采用直接设计法设计的隔震结构在罕遇地震和极罕遇地震作用下的地震响应特性及失效模式的影响,给出满足GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》的隔震系统力学性能参数的合理区间。并通过设计算例评估了基于直接设计法设计的lrb基础隔震结构的抗震性能,验证了所确定的隔震系统力学性能参数合理区间的有效性,结果表明上部结构延性系数和隔震支座最大水平变形均满足GB/T 51408—2021的要求。

关键词： lrb基础隔震结构直接设计法振型分解反应谱法极罕遇地震抗震性能评估

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面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

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建筑结构学报 2018年第10期39卷 37-45页

作者：叶昆骆江成朱宏平华中科技大学土木工程与力学学院

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法（即分离式方法）,这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以... 详细信息

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法（即分离式方法）,这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座（lrb）基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了lrb基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比（即铅芯屈服剪力与lrb基础隔震结构总重力的比值）使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的lrb基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的lrb基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。

关键词： lrb基础隔震结构振型分解反应谱法多级设防目标优化设计巨震

考虑SSI效应的基础隔震结构隔震性能参数分析

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地震工程与工程振动 2019年第4期39卷 236-244页

作者：宋进熊峰吕洋周光鑫魏明宇四川大学深地科学与工程教育部重点实验室四川大学建筑与环境学院四川成都610065 四川省建筑科学研究院四川成都610081

目前规范中关于隔震结构的分析及设计均采用刚性地基假定,忽略地基土刚度的影响。基于此,本文以软土场地上的lrb(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构为研究对象,首先提出了同时考虑地基动力响应的频率相关性与隔震层非线性的土与基础隔... 详细信息

目前规范中关于隔震结构的分析及设计均采用刚性地基假定,忽略地基土刚度的影响。基于此,本文以软土场地上的lrb(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构为研究对象,首先提出了同时考虑地基动力响应的频率相关性与隔震层非线性的土与基础隔震结构系统简化模型。其次,利用反应谱分析的方法,揭示了屈重比、结构-地基刚度比、高宽比以及上部结构周期等参数对于系统水平向减震系数的影响规律。研究表明:软土地基上隔震结构存在最优屈重比,其值随上部结构周期增加而减小;地基土越软,隔震层的有效隔震效率越低;在软土地基上,对于周期较短的建筑能够达到更高的隔震目标,周期较长的建筑难以达到较高的隔震目标;地基土刚度对高宽比较小的结构影响较大。

关键词：软土场地 SSI效应 lrb基础隔震结构水平向减震系数隔震效率