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关于振动台论文范文写作 近断层水平地震激励下巨子三维隔震结构振动台模型试验相关论文写作资料

主题:振动台论文写作 时间:2024-04-06

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摘 要: 将三维隔震层从地面标高上移至巨子结构(巨型框架子框架结构体系)的各子结构底部,可以解决高层三维隔震结构摇摆反应明显的问题,且整体隔震结构不再受高宽比限值的制约.设计加工了一个3层巨型框架结构模型,底层大空间,上部含有2个次框架.在2个次框架底部和主框架楼板相连部位安装4个三维隔震支座;进行了近断层及远场罕遇水平地震激励下,巨子抗震结构和巨子三维隔震结构的地震模拟振动台对比试验和数值分析.结果表明:巨子三维隔震结构将隔震层上移至次框架底部并未延长结构的基本周期.次框架和主框架的动力响应减震效果显著,近、远场及场地类型对隔震率没有明显影响.由于近断层地震动的脉冲效应及其长周期成分和结构周期更接近,近断层激励下次框架和主框架的动力响应比相同场地的远场地震动大10%~20%,Ⅲ类场地近断层地震激励下的结构响应比Ⅱ类场地大10%~25%.关键词: 三维隔震; 振动台试验; 近断层; 巨子结构; 减震率

中图分类号: TU352.1文献标志码: A文章编号: 10044523(2017)04064608

DOI:10.16385/j.cnki.issn.10044523.2017.04.016

引言

地震動具有多维特性,多次地震实测数据表明其竖向加速度分量接近甚至超过水平分量,震害现象亦表明地震动竖向分量对震中区建筑、高耸结构等建筑物和构筑物的破坏起明显作用.对这些建筑物和构筑物进行三维隔震研究已成为当前的研究热点[13].实际结构中,受倾覆制约,隔震结构的高宽比不能太大;颜学渊[45]等通过实验研究表明,高层结构基底设置三维隔震抗倾覆装置能够起到三维隔震和抗倾覆的作用,但是结构会有明显摇摆反应.若采用巨型框架子结构这种二级结构体系,巨型框架作为主要受力体系,而将三维隔震层从地面标高上移至各子结构的底部,可以解决这个问题,结构的高宽比将不再受隔震支座抗拉能力的限制,也不需设置抗倾覆装置.在巨子结构体系的子结构底部设置三维隔震支座后,对于整个结构体系而言相当于设置多个多维调谐质量阻尼器;对于子结构本身则可以多维隔震.因此,外部巨型框架和内部子结构的动力响应都能得到控制,而巨型框架本身的刚度大,结构的安全有保障.

近年来,已有一些学者对巨型框架结构的抗震性能及节点进行研究[67],但振动控制方法应用于巨子结构的相关研究不多,且主要是理论和数值分析[810],实验研究很少.巨型框架结构的自振周期较长,且子结构采用了三维隔震技术,近断层地震动的脉冲效应[1115]对巨型框架及子结构的响应有影响.本文通过振动台试验研究巨子三维隔震结构的近断层地震响应.

1模型参数及试验准备

试验在福州大学的地震模拟振动台系统上进行.根据振动台的台面尺寸及载荷等确定结构模型的各物理量相似系数如表1所示.结构模型是一个3层巨型框架,含有3个次框架,从下往上依次为第1,2,3次框架.由于底部大空间的需求,因此在本试验模型中没有设置第1次框架.结构模型长、宽、高为1.6 m,1.0 m,3.27 m.结构模型各构件的尺寸如下:巨型柱为140×10角钢,巨型主梁为12.6槽钢,巨型次梁为8槽钢,次框架柱为60×60×2.5方钢,次框架梁为40×40×1.5方钢.结构模型自重1.851 t,质量不足部分通过配重满足:次框架每层配重0.55 t,主框架每层配重0.28 t;总重量为5.991 t.结构模型的实际照片及主、次框架的平、立面图如图1所示.在巨子结构的两个次框架的底部各安装4个三维隔震支座,即为巨子三维隔震结构.次框架和主框架间设置15 mm宽的隔震缝(原型结构的隔震缝宽为400 mm,按照长度相似比换算,模型结构的隔震缝宽应为13.33 mm,为便于加工组装,此处取为15 mm).

根据表1所示刚度和力的相似系数及原型结构隔震层参数计算得到三维隔震支座的力学参数,再进行支座几何参数设计及加工;而原型结构隔震层

表1结构模型的相似系数

Tab.1Similarity coefficients of the model

物理参数符号计算公式相似系数长度SL—1/30弹性模量SE—1加速度Sa—1质量SmSm等于SESL2/Sa1/900速度SvSv等于(SLSa)1/2(1/30)1/2位移SuSu等于SL1/30应力SσSσ等于SE1应变SεSε等于11力**等于SESL21/900时间StSt等于(SL/Sa)1/2(1/30)1/2刚度SKSK等于SESL1/30图1巨子结构模型(单位:mm)

Fig.1The megasub structure model (Unit: mm)

第4期颜学渊,等:近断层水平地震激励下巨子三维隔震结构振动台模型试验振 动 工 程 学 报第30卷参数经数值分析、设计及验算得到.三维隔震支座的剖面图和实物图如图2所示,其具体尺寸及力学性能试验得到的力学参数如表2所示.

图2三维隔震支座剖面图及实物图

Fig.2Pictures of 3D isolation bearing

如图3所示,在结构的主框架、次框架及台面布置了加速度和位移传感器;隔震时,在次框架底部另布置一个位移计测量隔震层变形.此外,在4个主框架柱底部各安装一个三向力传感器,以测量主框架柱的受力.

为研究不同场地类型的近断层地震动和远场地震激励下结构的动力响应,选取来自集集地震不同测站的3条记录作为振动台试验时的输入.由于振

表2三维隔震支座参数

Tab.2Parameters of 3D isolation bearing

参数数值参数数值剪切模量/MPa0.392橡胶总高/mm19.7(16.5)橡胶外径/mm105钢板总高/mm2.0×1中孔直径/mm10水平刚度/(N·mm-1)128(149)总高度/mm42竖向刚度/(kN·mm-1)6.22(9.71)注:括号内数值为第3次框架隔震支座的参数

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