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基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测（6页）.pdf下载

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  • 类别：建筑
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  • 更新时间：2020-03-06
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    ( 1. 湖南大学 土木工程学院, 长沙 410082;
    2
    . 广州大学 广东省地震工程与应用技术重点实验室, 广州 510405)
    摘 要: 建立了层间隔震结构最大地震响应时刻的能量平衡方程, 利用 RSS法求得隔震层与下部子结构的最大变
    形比, 并给出了层间隔震结构全体弹性振动能、隔震层阻尼器滞回耗能和下部子结构粘滞阻尼耗能的表达式。通过引入
    设计用能量谱的概念, 推导出了基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测式。最后以隔震层设置位置变化的 12层层
    间隔震结构为仿真对象, 验证了响应预测式的精度。结果表明, 对于不同的输入地震波, 响应预测曲线包络了大多数时程
    分析的结果, 吻合良好。
    关键词: 隔震; 层间隔震; 响应预测; 能量平衡; 设计方法
    中图分类号: P315
    . 966 文献标识码: A
    隔震技术是一种成熟可靠的结构减震控制方法,
    已经历了数次世界上大地震的考验[ 1]。为了使与容许
    隔震层变形的周围有较小的缝隙, 防止隔震层受拉拔
    起, 以及为了控制高宽比, 将隔震层位置从基础上提到
    建筑物中的某一层, 而形成一种新的隔震体系层间隔
    震[ 2]。并 已 在 国 内 外 有 许 多 成 功 的 工 程 应 用
    实例[ 3- 4]。
    时程分析法是一种被工程界广泛采用的求解结构
    地震响应值的有效手段, 但其只对某一特定的输入地
    震波和结构解析模型有解, 具有一定的局限性。当时
    程分析结果超限或与所需的性能目标相差甚远时, 还
    可能陷入不断重复修改设计参数和进行计算的情况,
    耗费大量的时间和精力。因此, 在利用一个具体的计
    算模型进行结构地震响应时程分析之前, 可以考虑采
    用简便的响应预测法, 预先进行粗略的设计。
    本文在建立层间隔震结构最大地震响应时刻的能
    量平衡方程基础上, 通过分析地震输入能量在结构当
    中的分配和耗散, 推导出了层间隔震结构的地震响应
    预测式, 并利用时程分析法验证了预测响应的精度。
    1 设计用能量谱
    地震波输入到建筑结构的总能量, 主要是依赖于
    结构物的总质量和第一固有周期, 是一个相对稳定的
    量。对于高层建筑和隔震建筑等长周期结构, 用输入
    能量来评价其地震下的安全性能是合适的。
    利用动能公式 E = M V2E /2 计算输入能量速度换算
    值。把单自由度有阻尼弹性体系的周期和输入能量速
    度换算值的关系定义为能量谱
    VE
    =
    2E /M
    ( 1)
    随着单自由度周期的增大, 地震波输入能量有收
    敛于一定值的趋势。本文中, 把设计用能量谱设定为
    能够包络考虑场地土增幅效果的地震响应能量谱。如
    图 1所示, 用具有拐角周期的双线性模型 VE - T 关系
    作为设计用能量谱[ 5]。其强度相当于输入波最大速度
    为 0. 5 m /s的性能水准。
    图 1 设计用能量谱
    图 2 二类场地人工模拟波能量谱
    在标准的观测波作用下, 固有周期在 3 s以上的建
    筑结构响应值比较小。但由于在实际发生的地震波波
    形中, 还没有发现有证据显示 3 s以上的振动成分很
    小。同时, 为了让后面的预测评价不受到响应谱峰谷
    的影响。本文模拟了满足上述二类场地设计用能量谱

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