一种特殊复合隔震体系

一种特殊复合隔震体系

地震是一种突然的自然灾害，对人类社会构成了严重的威胁。在人类与地震灾害的斗争过程中,基础隔震作为一种安全、经济、适应性广的工程抗震措施逐渐发展和成熟起来。其原理是通过在上部结构和基础之间安装水平柔性的隔震装置使其和地基解耦,降低结构的自振频率,使其远离地面运动能量集中的频率范围,从而减少水平地面运动加速度向上部结构的传递。传统的复合隔震技术是将橡胶支座隔震和摩擦滑移隔震以某种方式复合使用的一种的隔震技术。它通过合理的参数配搭,让两种传统隔震技术互相补充,充分发挥它们各自的优点,并有效克服各自的某些缺点,以取得更好的隔震效果。而且其他多种隔震元件并用都可看作为复合隔震体系的特例。复合隔震体系不仅可以提高隔震性能,同时也可以降低整个建筑的造价。采用复合隔震方法可使设计更灵活、更科学。复合隔震的研究必将推动隔震技术在我国的推广应用。1综合振动技术的研究1.1结构体系内的极限抗混养模型夹层橡胶隔震垫支座由薄膜橡胶板与薄钢板分层交替叠合,橡胶层与钢板紧密结合以确保钢板对橡胶层的变形约束,使其具有较高的竖向受压承载力,具有较大的水平变形能力和耐疲劳能力。其基本原理可概括为:延长结构的基本自振周期,远离场地卓越周期,从而有效降低建筑物地震反应。在水平方向,当水平地震波传来时,除本身消去一部分地震能量外,还能通过橡胶层侧移一个水平位移(AS),消去部分地震能量,以避免或减小地震能量向上部结构传递,使结构地震反应减小,并在瞬间恢复正常,从而达到防震减震目的。1.2滑移隔震体系的基本原理摩擦滑移隔震支座选用材料有四氟乙稀与不锈钢板、不锈钢板与不锈钢板、石墨、砂垫层等。以四氟乙稀与不锈钢组成的摩擦滑移支座的性能最为稳定。摩擦滑移隔震体系基本原理为:当结构受到较小地震作用时,摩擦阻力阻止上部结构滑动,使建筑物保持稳定;当地震作用超过某一限值时,隔震层所受水平地震作用超过最大静摩擦力,滑动面开始滑移,发挥隔震作用。摩擦滑移隔震支座利用摩擦滑移消耗大量能量且造价低,但其缺点是不能自动回位。1.3中震和大震不启动间隙式阻尼器是一种新型的减隔震元件,该元件是速度相关型粘滞阻尼器,其工作原理是:在小震的情况下,阻尼器不启动,在中震和大震的情况可以分批启动。实现方法是:布置阻尼器时,根据工程具体情况,阻尼器与上部结构之间预留一定的水平距离(留设距离的大小要经过计算和模拟分析后确定),间隙式阻尼器的好处就是防止中震、大震情况下隔震层水平位移过大。1.4支柱式阻尼器本文提出的复合隔震体系是把上述三种隔震支座即摩擦滑移隔震支座,夹层橡胶隔震支座和间隙式阻尼器综合运用的一种新的基础隔震技术,通过合理的参数搭配和布置方式,使其协同工作,克服各自的缺点,充分利用各自的优点,获得更佳的技术和经济效果。2c30混凝土和co混凝土以某六层教学楼为例,钢筋混凝土框架结构,建筑面积3132m2,结构层高为3.3m,梁采用C30混凝土,截面为250×600和250×300,柱采用C4O混凝土,截面为650×550。按《建筑抗震设计规范》设防烈度为8度,设计地震基本加速度为0.20g/s2,场地类别为Ⅱ类,特征周期0.40s.利用有限元分析软件ANSYS建模计算,分析模型如图1所示。2.1风荷载作用下的隔震技术结构不隔震时的基本周期为0.70s<1s,由风荷载产生的总水平力小于总重力的10%,且结构体型规则,场地类别为Ⅱ类,因此,该建筑可采用隔震技术。2.2gzp400-a纤维与间隙式阻尼器的组合工作中充分利用隔震支座特性来实现隔震的效能,利用弹性滑板承压性能高的优点.在结构中选柱底轴力大且地震反应不会出现拉应力的位置设置弹性滑板支座.在其它柱位设置橡胶隔震支座,在周边间隔布置间隙式阻尼器。该方法的优点是利用弹性滑板承受较大的柱底轴力,所需橡胶隔震支座的直径小,节省隔震层的造价.且使用了间隙式阻尼器可有效控制罕遇地震作用下隔震层的位移。隔震层布置方式如图2所示,其中GZP500-4A共14个,等效刚度0.91kN/mm,等效阻尼比<5%;弹性滑板支座14个,直径为400mm,起滑前刚度为600000N/m,滑板的摩擦系数为0.04。间隙式阻尼器6个,缸径200mm,阻尼力800kN,最大阻尼系数为5×106。为比较该复合隔震体系的隔震效果,同时对不加阻尼器的隔震体系作了计算分析。不加间隙式阻尼器的隔震方案如图3。2.3非隔震结构位移在ANSYS分析软件中,使用COMBIN40单元模拟间隙式阻尼器隔震支座。利用时程分析法,对该建筑分别选用EL-CENTRO波,TAFT波和人工波进行计算分析,加速度峰值取为:多遇70.0cm/s2,罕遇400.0cm/s2.地震波持续时间4s,时间间隔0.02s。对结构分别进行不隔震,隔震小震和隔震大震情况下的计算。结构隔震前后的基本周期如表1所示。对结构隔震与非隔震两种情况,计算分析出结构在各条地震波作用下隔震层及上部结构的位移,结果是非隔震上部结构的地震反应大,而隔震结构的上部结构和隔震层基本保持平动,大大降低了上部结构的地震反应,隔震支座起到了很好的隔震效果,人工波反应较天然波大。由于篇幅关系,本论文仅列出反应最大的人工波分析结果。非隔震结构位移如下图4所示:为验证间隙式阻尼器在罕遇地震时的隔震效果,首先对不加间隙式阻尼器的复合隔震体系进行时程分析,整体结构接近于平动,结果如图5:由上图可以看出在多遇地震作用下,结构隔震层的位移为38mm远小于橡胶垫的允许位移275mm.而在罕遇地震作用下的位移为255mm接近橡胶垫的允许位移275mm。因此对该结构添加间隙式阻尼器以控制罕遇地震下的位移,且通过调整阻尼器的gap值使其在多遇地震时不发挥作用。首先gap值设为0.05m>多遇0.038m.计算结果如图6所示:从图6可见,该复合隔震体系对多遇地震时不起作用,在罕遇地震作用时隔震层位移比不加阻尼器时降低了很多,约为0.15m,而且保持了上部结构保持平动,起到了控制罕遇地震下隔震层位移的作用。在计算分析时改变gap值,得出不同的gap值对隔震层位移的控制效果不同,隔震层位移控制在安全的范围内。现列出gap=0.03,0.15时的结构位移图,如图7,8:由上图可以看出,所规定的间隙值不同,隔震层的最大位移也不同,因此我们在实际的工程中,可以根据不同的要求来合理设置间隙gap的取值,以取得更好的隔震效果。3附加间隙式阻尼器复合隔震体系的优点本文通过有限元分析软件ANSYS对附加间隙式阻尼器的复合隔震体系进行了计算分析,得出以下结论:(1)本文通过算例验证了附加间隙式阻尼器复合隔震体系在地震时能确保上部结构的安全,使隔震层变形控制在安全范围之内。(2)附加间隙式阻尼器复合隔震体系能充分