RC隔震框架结构的性能设计方法研究

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在以往的地震灾害中,RC基础隔震框架结构展现出良好的抗震性能,现今隔震技术也广泛应用于抗震性能要求较高的建筑中。尽管如此,我国隔震结构的设计方法研究与隔震技术应用起步较晚,分部设计法作为现阶段主要的隔震设计方法存在一定局限性。在RC隔震框架结构性能设计中,如何高效预估隔震结构在罕遇地震作用下的响应是关键内容之一。为了综合评价隔震结构的抗震性能,除了确定主体框架结构的性能目标与量化指标之外,对隔震支座损伤性能的研究也尤为重要。由于不同类型结构动力特点与损伤机制不同,因此对不同类型结构进行抗震性能评价对比具有现实意义。基于此,文本的主要研究内容与结论如下:(1)简化隔震结构为双质点与单质点模型,了解隔震结构动力特性与工作原理。提出一种基于单质点体系的隔震结构快速性能设计方法——等效线性化改进的位移计算法,并推导出实用的参数计算公式,合理预估隔震层在罕遇地震作用下的响应,确定设计目标参数,提高隔震结构的初步设计效率。(2)将快速性能设计方法应用于高烈度区某隔震教学楼,进行基础隔震结构初步设计与参数分析,给出建议以提高该方法的适用性。采用ETABS软件与Matlab计算工具进行三维及单质点基础隔震结构算例的计算分析,将罕遇地震作用下的响应结果与快速性能设计方法的结果对比,验证该方法准确性与合理性。(3)结合基于单质点的隔震结构快速性能设计方法,给出RC隔震框架结构性能设计的实施流程。梳理归纳性能水准与量化指标关系,统计橡胶支座极限变形试验数据,划分支座损伤性能水准。对需采用Perform-3D软件进行弹塑性分析的结构构件与材料进行前处理。为进行隔震结构快速弹塑性分析,本文基于修正的武藤清模型,结合Newmark-β法编写《隔震结构非线性分析工具V1.0》并进行文献试验与有限元模型对比,验证该程序的可靠性。(4)在罕遇地震作用下,对隔震结构与其它类型结构进行弹塑性分析,评估对比其抗震性能。在几种类型结构中,隔震结构构件塑性变形损伤程度与顶点加速度最小,对位移的控制效果也最佳,层间位移角最大值为非隔震结构对应值的35%;减震结构的层间位移最大值则为非隔震结构对应值的53%。框架-剪力墙结构虽然具有良好抗震性能,但其顶点层加速度最大。相比之下,隔震结构更适合内部具有贵重装饰以及重要设备的建筑。进行隔震结构增量动力分析,建议综合考虑上部楼层与隔震层损伤,以破坏最严重楼层的损伤程度作为隔震结构整体损伤程度。采用非线性分析工具V1.0进行隔震结构易损性分析,上部结构与隔震层的易损性曲线出现交错上升趋势。
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