【摘要】：結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)在工程實(shí)踐中得到了廣泛關(guān)注和迅速發(fā)展,成為有效改善結(jié)構(gòu)性態(tài)、提高結(jié)構(gòu)安全性和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)功能性的重要手段,鉛芯橡膠支座是目前應(yīng)用最為廣泛的隔震裝置之一。本文以鉛芯橡膠隔震支座的單元數(shù)值模型開發(fā)與結(jié)構(gòu)隔震分析為研究核心,從支座壓剪狀態(tài)下界限承載性能、單元模型的開發(fā)及驗(yàn)證、近場(chǎng)向前方向性地震動(dòng)隨機(jī)建模型與合成方法、隔震結(jié)構(gòu)整體層次的易損性評(píng)估這四個(gè)方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要研究工作及成果如下:(1)鉛芯橡膠支座壓剪狀態(tài)下界限承載性能的數(shù)值研究定量描述支座壓剪狀態(tài)下失效模式對(duì)于其在地震作用下的性能評(píng)估至關(guān)重要。首先,本章基于有效剪切模量G_(eff)的概念并結(jié)合支座彎曲模量E_b的三個(gè)不同簡(jiǎn)化公式推導(dǎo)了支座的初始臨界承載力P_(cr,0),與現(xiàn)有P_(cr,0)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比以評(píng)估它們的準(zhǔn)確性;隨后,建立了支座的三維有限元實(shí)體模型并根據(jù)支座臨界承載力-側(cè)移試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性;基于此,給定了支座剪切破壞的定量標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)支座壓剪狀態(tài)下的界限性能進(jìn)行了參數(shù)化研究。結(jié)果表明,當(dāng)綜合考慮G_(eff)和基于pressure solution的E_b簡(jiǎn)化公式這兩者時(shí),能夠較好地估計(jì)支座的P_(cr,0);支座的內(nèi)外徑比值對(duì)于支座臨界承載力-側(cè)移關(guān)系的影響較小,且重疊面積法能夠較合理地描述支座臨界承載力隨側(cè)移的變化關(guān)系;支座的失穩(wěn)破壞與剪切破壞兩種破壞模式發(fā)生的先后順序主要取決于第二形狀系數(shù)S_2;此外,當(dāng)S_2保持不變時(shí),隨著第一形狀系數(shù)S_1的增加,支座的極限剪切變形能力有所提高。(2)鉛芯橡膠支座單元模型的開發(fā)及驗(yàn)證研究為實(shí)現(xiàn)隔震結(jié)構(gòu)的整體精細(xì)化分析,本章基于OpenSees開發(fā)了鉛芯橡膠支座的單元模型,在水平方向上綜合考慮了支座雙向耦合效應(yīng)及屈服后剪切剛度隨豎向荷載的變化效應(yīng);在豎直方向上計(jì)入側(cè)移對(duì)于壓縮剛度、臨界承載力的影響,并考慮了支座拉伸方向上累積損傷、強(qiáng)度退化等力學(xué)性能。為驗(yàn)證單元模型的有效性,分別針對(duì)靜力水平雙向位移控制試驗(yàn)、靜力循環(huán)拉伸試驗(yàn)及隔震橋梁振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明,本單元模型能夠較為合理地模擬支座各個(gè)方向上的主要力學(xué)特性,在單元內(nèi)部考慮支座力學(xué)性能的變化效應(yīng)可以較為準(zhǔn)確地反映其在地震作用下的響應(yīng),為進(jìn)一步開展隔震支座失效模式識(shí)別及隔震結(jié)構(gòu)易損性分析奠定基礎(chǔ)。(3)近場(chǎng)向前方向性地震動(dòng)隨機(jī)建模與合成研究近場(chǎng)向前方向性地震動(dòng)對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)尤其是隔震結(jié)構(gòu)具有十分不利的影響,鑒于其實(shí)測(cè)記錄的匱乏,本章提出了近場(chǎng)向前方向性地震動(dòng)隨機(jī)建模與合成方法。所建立的隨機(jī)模型基于地震動(dòng)最強(qiáng)脈沖方向且由速度脈沖成分與高頻成分兩者疊加而成,脈沖部分由Gabor小波函數(shù)表示,高頻部分采用調(diào)制過濾白噪聲模型,故該隨機(jī)模型綜合考慮了地震動(dòng)的方向性、脈沖特征以及時(shí)、頻域內(nèi)的非平穩(wěn)特性等�；诂F(xiàn)有近場(chǎng)地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù),回歸建立了隨機(jī)模型參數(shù)與震源機(jī)制、震級(jí)、震中距及場(chǎng)地條件等地震動(dòng)特征參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式,并得到模型參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)矩陣;由此提出了在給定地震特征參數(shù)條件下合成地震動(dòng)時(shí)程的方法,從而為隔震結(jié)構(gòu)的易損性分析提供地震動(dòng)輸入條件。(4)基于copula函數(shù)的近場(chǎng)向前方向性地震作用下隔震結(jié)構(gòu)易損性評(píng)估研究基于提出的支座單元模型以及地震動(dòng)隨機(jī)模型,本章開展了近場(chǎng)向前方向性地震動(dòng)作用下隔震結(jié)構(gòu)的易損性評(píng)估研究。首先,考慮各個(gè)構(gòu)件對(duì)于結(jié)構(gòu)整體易損性的貢獻(xiàn),基于聯(lián)合地震需求概率模型(JPSDM)和各個(gè)構(gòu)件的性能極限狀態(tài)模型,提出了求解結(jié)構(gòu)整體層次易損性曲線的基本框架;在該框架中,采用copula函數(shù)描述各個(gè)構(gòu)件地震需求之間的相關(guān)性,并基于定量識(shí)別的最優(yōu)copula函數(shù)建立JPSDM。將該基本求解框架應(yīng)用于一個(gè)典型的隔震框架結(jié)構(gòu),其中,隔震層最大剪切變形和上部結(jié)構(gòu)的最大層間位移作為兩個(gè)主要的構(gòu)件需求參數(shù)。分析結(jié)果表明,當(dāng)綜合考慮定量識(shí)別的t copula函數(shù)和對(duì)數(shù)正態(tài)邊緣分布時(shí),能夠合理地描述這兩個(gè)構(gòu)件需求參數(shù)之間相關(guān)性,結(jié)構(gòu)整體易損性程度相比于任意構(gòu)件都要嚴(yán)重;此外,copula函數(shù)的選取對(duì)于結(jié)構(gòu)整體層次易損性的影響與構(gòu)件間的相對(duì)易損性水平有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU352.12
【圖文】：

圖2.2支座網(wǎng)格劃分示意圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2743310