采用GFRP橡胶隔震支座的建筑抗地震倾覆分析

发布时间：2020-10-14 11:10

　　 随着经济社会的快速发展、人们生活水平的不断提高,我国乡镇农村等地区掀起了房屋建造的热潮;但是受区域性发展不平衡的影响,这些房屋建筑大多造价较低且没有考虑抗震设防。一旦发生地震灾害,将会造成大量的房屋倒塌和人员伤亡。传统的叠层钢板橡胶隔震装置尽管技术成熟、隔震效果良好,但是质量大、工艺复杂、成本高,难以在乡镇农村地区推广使用。近些年,随着隔震技术理念的不断发展和完善,一些质量轻、工艺简单、施工方便、成本低、性能良好的新型模块化减隔震装置逐渐被开发出来,其中有些已经在震区乡镇农村房屋中使用。但是,由于这些新型模块化减隔震装置没有设置连接板,与传统的叠层钢板橡胶隔震装置相比,采用这种隔震技术的隔震结构在地震作用下更容易发生整体倾覆,而当前研究人员对于新型模块化隔震装置的研究大多仅限于力学性能及其减隔震效率的理论分析和试验研究。本文以模块化玻璃纤维增强复合材料板叠层橡胶支座(简称GFRP橡胶支座)为研究对象,通过对不同高宽比钢框架隔震结构模型进行模拟地震振动台试验,研究了模块化隔震装置竖向压应力大小、地震烈度以及建筑场地类别对模型结构高宽比限值的影响,进而分析了模型结构在地震作用下的抗倾覆性能。主要研究内容如下:(1)以橡胶隔震支座加劲材料的刚柔性为叙述点,分别从压缩特性、剪切特性、界限性能等三个方面介绍了叠层钢板橡胶支座的理论研究背景,然后归纳和总结了纤维增强叠层橡胶支座的压缩特性、弯曲特性、翘曲特性的理论研究进展。(2)采用压剪试验方法,对GFRP叠层橡胶支座的水平剪切性能、压应力相关性、剪应变相关性等进行了系统的试验研究,统计回归了相应力学性能参数的计算公式;并针对支座的剪切恢复力特性,提出了一种基于改进Bouc-Wen模型的GFRP叠层橡胶支座的恢复力模型。(3)采用模块化隔震技术分别对两种钢框架模型结构进行基础隔震设计,并通过模拟地震振动台试验的方法,在隔震支座的竖向压应力为2.5MPa和3.75MPa条件下,研究了高宽比分别为1:1、2:1、4:1的模型结构在不同地震烈度、不同场地类别地震波作用下的加速度响应、层间位移响应以及抗倾覆比,计算了不同高宽比模型结构发生整体倾覆时的高宽比限值,分析了模型结构的抗倾覆性能。(4)在振动台试验的基础上,通过采用有限元数值模拟的方法分析了试验所用模型结构的抗倾覆性能,进一步验证了试验结果的可靠性。(5)在振动台试验结果的基础上,以某一乡镇多层钢筋混凝土框架结构为算例,采用模块化隔震技术进行基础隔震设计,使用OpenSEES有限元软件分别建立了该框架结构的隔震和非隔震有限元模型,通过对其进行动力时程分析,比较了该框架结构隔震前后的层间剪力、层间位移以及绝对加速度的变化情况,分析了隔震结构抗震性能。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.12
【部分图文】：

1.1 引言地震是一种自然现象，它是地壳板块在释放内部能量的过程中产生的振动，故又被称为地动或地振动，而人们常提到的地震波，则是地震发生过程中的一种产物，它是地震传播能量的一种方式。地震发生时，在地震影响区域内地震波传输到建筑物或构筑物之中造成结构的变形甚至是破坏，对人们的生命财产安全带来极大的影响。图 1-1 给出了全世界主要地震带的分布位置。从图中可以知道，我国西南地区与喜马拉雅地震带交接，东南沿海地区地处与环太平洋地震带，因而受地震活动的影响较大。除此之外，我国也是一个地震多发的国家，仅在我国疆域内就包含了多条地震带，如图 1-2 所示，分别西北地震带、青藏高原地震带、滇西地震带、南北地震带、华北地震带以及东南沿海地震带等，且在这些地震带区域内很多地方发生过 6 级以上的地震，比如最近以及近些年发生的我国台湾花莲地震、四川汶川地震、四川雅安地震等，给国家和人民造成了极大的伤害。

1.1 引言地震是一种自然现象，它是地壳板块在释放内部能量的过程中产生的振动，故又被称为地动或地振动，而人们常提到的地震波，则是地震发生过程中的一种产物，它是地震传播能量的一种方式。地震发生时，在地震影响区域内地震波传输到建筑物或构筑物之中造成结构的变形甚至是破坏，对人们的生命财产安全带来极大的影响。图 1-1 给出了全世界主要地震带的分布位置。从图中可以知道，我国西南地区与喜马拉雅地震带交接，东南沿海地区地处与环太平洋地震带，因而受地震活动的影响较大。除此之外，我国也是一个地震多发的国家，仅在我国疆域内就包含了多条地震带，如图 1-2 所示，分别西北地震带、青藏高原地震带、滇西地震带、南北地震带、华北地震带以及东南沿海地震带等，且在这些地震带区域内很多地方发生过 6 级以上的地震，比如最近以及近些年发生的我国台湾花莲地震、四川汶川地震、四川雅安地震等，给国家和人民造成了极大的伤害。

图 1-3 汶川地震房屋倒塌破坏Fig1-3 Collapse and destruction of rural houses during the Wenchuan earthquake当前，虽然国内外有一些学者和研究人员研发了模块化隔震装置，但是其中大多数研究仅限于隔震装置的理论分析和力学性能试验研究，对于采用模块化隔震技术的基础隔震结构在地震作用下的抗震性能分析则研究的较少，更未涉及到利用振动台试验手段和有限元模拟方法来分析研究采用模块化隔震技术的基础隔震结构在水平地震作用下的抗倾覆性能。在此背景条件下，本文通过对采用模块化隔震技术的不同高宽比模型结构进行模拟地震振动台试验，分析研究了隔震装置竖向压应力大小、地震烈度以及建筑场地类别对模型结构高宽比限值的影响，进而对不同高宽比模型结构在地震作用下的抗倾覆性能进行了评估，并在振动台试验研究结果的基础上，采用模块化隔震技术对某一乡镇地区钢筋混凝土框架结构进行基础隔震设计，通过对其进行有限元建模和动力时程分析，研究了该隔震结构在地震作用下的动力响应和抗倾覆性能。本文的研究内容对于研究人员更好地了解、掌握、推广以及改进模块化隔震装置具有重要的研究意义，同时对于改善乡镇农村地区中低层房屋建筑的抗震性能具有重大的应用价值。
【参考文献】

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本文编号：2840586