一種特殊復合隔震體系

一種特殊復合隔震體系

地震是一種突然的自然災害，對人類社會構成了嚴重的威脅。在人類與地震災害的斗爭過程中,基礎隔震作為一種安全、經(jīng)濟、適應性廣的工程抗震措施逐漸發(fā)展和成熟起來。其原理是通過在上部結(jié)構和基礎之間安裝水平柔性的隔震裝置使其和地基解耦,降低結(jié)構的自振頻率,使其遠離地面運動能量集中的頻率范圍,從而減少水平地面運動加速度向上部結(jié)構的傳遞。傳統(tǒng)的復合隔震技術是將橡膠支座隔震和摩擦滑移隔震以某種方式復合使用的一種的隔震技術。它通過合理的參數(shù)配搭,讓兩種傳統(tǒng)隔震技術互相補充,充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)點,并有效克服各自的某些缺點,以取得更好的隔震效果。而且其他多種隔震元件并用都可看作為復合隔震體系的特例。復合隔震體系不僅可以提高隔震性能,同時也可以降低整個建筑的造價。采用復合隔震方法可使設計更靈活、更科學。復合隔震的研究必將推動隔震技術在我國的推廣應用。1綜合振動技術的研究1.1結(jié)構體系內(nèi)的極限抗混養(yǎng)模型夾層橡膠隔震墊支座由薄膜橡膠板與薄鋼板分層交替疊合,橡膠層與鋼板緊密結(jié)合以確保鋼板對橡膠層的變形約束,使其具有較高的豎向受壓承載力,具有較大的水平變形能力和耐疲勞能力。其基本原理可概括為:延長結(jié)構的基本自振周期,遠離場地卓越周期,從而有效降低建筑物地震反應。在水平方向,當水平地震波傳來時,除本身消去一部分地震能量外,還能通過橡膠層側(cè)移一個水平位移(AS),消去部分地震能量,以避免或減小地震能量向上部結(jié)構傳遞,使結(jié)構地震反應減小,并在瞬間恢復正常,從而達到防震減震目的。1.2滑移隔震體系的基本原理摩擦滑移隔震支座選用材料有四氟乙稀與不銹鋼板、不銹鋼板與不銹鋼板、石墨、砂墊層等。以四氟乙稀與不銹鋼組成的摩擦滑移支座的性能最為穩(wěn)定。摩擦滑移隔震體系基本原理為:當結(jié)構受到較小地震作用時,摩擦阻力阻止上部結(jié)構滑動,使建筑物保持穩(wěn)定;當?shù)卣鹱饔贸^某一限值時,隔震層所受水平地震作用超過最大靜摩擦力,滑動面開始滑移,發(fā)揮隔震作用。摩擦滑移隔震支座利用摩擦滑移消耗大量能量且造價低,但其缺點是不能自動回位。1.3中震和大震不啟動間隙式阻尼器是一種新型的減隔震元件,該元件是速度相關型粘滯阻尼器,其工作原理是:在小震的情況下,阻尼器不啟動,在中震和大震的情況可以分批啟動。實現(xiàn)方法是:布置阻尼器時,根據(jù)工程具體情況,阻尼器與上部結(jié)構之間預留一定的水平距離(留設距離的大小要經(jīng)過計算和模擬分析后確定),間隙式阻尼器的好處就是防止中震、大震情況下隔震層水平位移過大。1.4支柱式阻尼器本文提出的復合隔震體系是把上述三種隔震支座即摩擦滑移隔震支座,夾層橡膠隔震支座和間隙式阻尼器綜合運用的一種新的基礎隔震技術,通過合理的參數(shù)搭配和布置方式,使其協(xié)同工作,克服各自的缺點,充分利用各自的優(yōu)點,獲得更佳的技術和經(jīng)濟效果。2c30混凝土和co混凝土以某六層教學樓為例,鋼筋混凝土框架結(jié)構,建筑面積3132m2,結(jié)構層高為3.3m,梁采用C30混凝土,截面為250×600和250×300,柱采用C4O混凝土,截面為650×550。按《建筑抗震設計規(guī)范》設防烈度為8度,設計地震基本加速度為0.20g/s2,場地類別為Ⅱ類,特征周期0.40s.利用有限元分析軟件ANSYS建模計算,分析模型如圖1所示。2.1風荷載作用下的隔震技術結(jié)構不隔震時的基本周期為0.70s<1s,由風荷載產(chǎn)生的總水平力小于總重力的10%,且結(jié)構體型規(guī)則,場地類別為Ⅱ類,因此,該建筑可采用隔震技術。2.2gzp400-a纖維與間隙式阻尼器的組合工作中充分利用隔震支座特性來實現(xiàn)隔震的效能,利用彈性滑板承壓性能高的優(yōu)點.在結(jié)構中選柱底軸力大且地震反應不會出現(xiàn)拉應力的位置設置彈性滑板支座.在其它柱位設置橡膠隔震支座,在周邊間隔布置間隙式阻尼器。該方法的優(yōu)點是利用彈性滑板承受較大的柱底軸力,所需橡膠隔震支座的直徑小,節(jié)省隔震層的造價.且使用了間隙式阻尼器可有效控制罕遇地震作用下隔震層的位移。隔震層布置方式如圖2所示,其中GZP500-4A共14個,等效剛度0.91kN/mm,等效阻尼比<5%;彈性滑板支座14個,直徑為400mm,起滑前剛度為600000N/m,滑板的摩擦系數(shù)為0.04。間隙式阻尼器6個,缸徑200mm,阻尼力800kN,最大阻尼系數(shù)為5×106。為比較該復合隔震體系的隔震效果,同時對不加阻尼器的隔震體系作了計算分析。不加間隙式阻尼器的隔震方案如圖3。2.3非隔震結(jié)構位移在ANSYS分析軟件中,使用COMBIN40單元模擬間隙式阻尼器隔震支座。利用時程分析法,對該建筑分別選用EL-CENTRO波,TAFT波和人工波進行計算分析,加速度峰值取為:多遇70.0cm/s2,罕遇400.0cm/s2.地震波持續(xù)時間4s,時間間隔0.02s。對結(jié)構分別進行不隔震,隔震小震和隔震大震情況下的計算。結(jié)構隔震前后的基本周期如表1所示。對結(jié)構隔震與非隔震兩種情況,計算分析出結(jié)構在各條地震波作用下隔震層及上部結(jié)構的位移,結(jié)果是非隔震上部結(jié)構的地震反應大,而隔震結(jié)構的上部結(jié)構和隔震層基本保持平動,大大降低了上部結(jié)構的地震反應,隔震支座起到了很好的隔震效果,人工波反應較天然波大。由于篇幅關系,本論文僅列出反應最大的人工波分析結(jié)果。非隔震結(jié)構位移如下圖4所示:為驗證間隙式阻尼器在罕遇地震時的隔震效果,首先對不加間隙式阻尼器的復合隔震體系進行時程分析,整體結(jié)構接近于平動,結(jié)果如圖5:由上圖可以看出在多遇地震作用下,結(jié)構隔震層的位移為38mm遠小于橡膠墊的允許位移275mm.而在罕遇地震作用下的位移為255mm接近橡膠墊的允許位移275mm。因此對該結(jié)構添加間隙式阻尼器以控制罕遇地震下的位移,且通過調(diào)整阻尼器的gap值使其在多遇地震時不發(fā)揮作用。首先gap值設為0.05m>多遇0.038m.計算結(jié)果如圖6所示:從圖6可見,該復合隔震體系對多遇地震時不起作用,在罕遇地震作用時隔震層位移比不加阻尼器時降低了很多,約為0.15m,而且保持了上部結(jié)構保持平動,起到了控制罕遇地震下隔震層位移的作用。在計算分析時改變gap值,得出不同的gap值對隔震層位移的控制效果不同,隔震層位移控制在安全的范圍內(nèi)?，F(xiàn)列出gap=0.03,0.15時的結(jié)構位移圖,如圖7,8:由上圖可以看出,所規(guī)定的間隙值不同,隔震層的最大位移也不同,因此我們在實際的工程中,可以根據(jù)不同的要求來合理設置間隙gap的取值,以取得更好的隔震效果。3附加間隙式阻尼器復合隔震體系的優(yōu)點本文通過有限元分析軟件ANSYS對附加間隙式阻尼器的復合隔震體系進行了計算分析,得出以下結(jié)論:(1)本文通過算例驗證了附加間隙式阻尼器復合隔震體系在地震時能確保上部結(jié)構的安全,使隔震層變形控制在安全范圍之內(nèi)。(2)附加間隙式阻尼器復合隔震體系能充分