基于易损性的某连体复杂超高层结构强震损伤控制

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在连体复杂超高层结构中,连体与塔楼连接处的结构构件起着传递所连塔楼间内力和变形的作用,在强地震作用下,该部位楼板无疑是连体结构中地震易损部位;除此之外,为了控制结构的侧移指标、加强中央核心筒和外框架柱之间的协同抗侧作用,通常会沿结构高度设置若干层的刚性加强层来提高结构的整体抗侧刚度,但加强层的设置必然会引起结构竖向刚度的突变。在地震作用下,加强层及附近楼层易出现累积损伤破坏。针对如今越来越多的连体复杂超高层结构,其在强地震作用下的抗震性能和强震易损部位的损伤控制是目前迫切需要研究和解决的问题。针对上述问题,已有部分学者提出了基于耗能减震的连体与塔楼连接方式和加强层减震方式,但现阶段对于连体复杂超高层结构的强震损伤控制还存在以下问题:(1)现有的耗能减震手段对连体复杂超高层结构易损部位楼板强震损伤控制效果如何?(2)不同减隔震手段和参数对连体复杂超高层结构易损部位楼板的强震损伤控制效果有何影响?(3)震后如何对连体复杂超高层结构易损部位楼板的性能水准进行合理评价?针对上述问题,本文以某复杂连体超高层结构为研究对象,分别采用隔震支座,屈曲约束支撑和粘滞阻尼器等方案对结构进行强震损伤控制,对比不同减隔震手段和参数下结构易损楼板的损伤控制效果,并采用多种材料塑性损伤参数来评价楼板的损伤等级,并引入到结构地震易损性分析中,从失效概率的角度,以整体指标和构件损伤指标评判连体复杂超高层结构的可靠性,补充超限高层结构楼板的损伤控制评价指标和方法。本文开展的工作和得出结论主要有以下几个方面:(1)强地震作用下,某连体复杂超高层结构的抗震性能和不同楼板模型对其抗震性能影响研究。本文以某双塔连体带加强层的复杂超高层结构为研究对象,使用SAUSAGE结构分析软件,分别采用弹性楼板模型和弹塑性楼板模型对结构进行大震下弹塑性动力时程分析,对比不同楼板模型结构的抗震性能表现和构件损伤情况。结果表明,弹性楼板模型结构整体各框架梁、柱、剪力墙、楼板构件基本处于轻微损伤和无损伤状态,仅剪力墙连梁达到重度损伤;而弹塑性楼板模型结构在连体与两塔楼相连部位和结构加强层所在附近楼层出现了明显的塑性损伤集中区,连体连接处楼板在各工况作用下,平均13.13%处于中度损伤,8.25%处于严重损伤,加强层伸臂桁架处楼板在各工况作用下,9.25%处于严重损伤,连体与塔楼连接处和加强层附近构件为该结构的地震易损部位。(2)采用减隔震手段对结构薄弱楼板部位进行大震损伤控制研究。针对结构存在的薄弱部位,对主楼与连体连接处采用连廊隔震支座连接方案,对加强层采用三种减震伸臂桁架方案:1、将伸臂桁架的腹杆置换成屈曲约束支撑(BRB);2、在伸臂桁架人字斜撑上部设置速度型粘滞阻尼器;3、同时布置BRB支撑和粘滞阻尼器;通过对比减震方案前后结构宏观参数和构件损伤情况得出以下结论:采用减震方案后,在7度大震下,结构整体指标变化不大,且减震方案能有效降低结构加强层处层间位移角突变;在损伤方面,原结构在强震作用下连体与塔楼连接处和加强层附近楼板塑性损伤集中且达到严重损伤水准。采用减震方案后上述部位构件均处于轻度损伤以下,且减震方案在超越一度大震和长短周期地震动作用下均能保持良好的损伤控制效果,说明采用减隔震方案能有效地降低结构易损楼板的大震损伤,提高结构的抗震性能。(3)对减震方案进行基于楼板材料损伤指标的地震易损性分析研究。为了合理地评估连体复杂超高层结构楼板地震后损伤水平,分别选取长、短周期两组地震波,并引入楼板材料塑性损伤破坏极限状态指标来对结构进行地震易损性分析,从超越概率的角度来评估结构和楼板的损伤破坏概率和可靠度。结果表明,长周期地震波在各强度地震动作用下使结构的损伤破坏概率增大11%以内;在7度大震强度下,减震方案能使最大能使楼板重度损伤的超越概率降低75%,且在8度大震强度下降低48%,说明结构对长周期地震动的响应更为敏感,同时减震方案能有效降低原结构楼板各级极限破坏状态的超越概率,控制结构楼板的强震损伤。
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