在歷次地震發(fā)生時(shí),非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失和次生災(zāi)害不容忽視,特別是高精密儀器,醫(yī)療器械,煤氣管線等。目前研究人員對非隔震結(jié)構(gòu)和層間隔震結(jié)構(gòu)等主體結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)響應(yīng)研究較多,而對耦合非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的層間隔震結(jié)構(gòu)地震動(dòng)響應(yīng)研究較少。本文對近斷層地震動(dòng)作用下層間隔震結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震動(dòng)響應(yīng)做了研究。本文通過對層間振動(dòng)臺(tái)縮尺模型試驗(yàn)進(jìn)行有限元模擬,驗(yàn)證有限元建模分析精度,據(jù)此建立5種原型結(jié)構(gòu)模型。進(jìn)行100條近斷層地震波作用下,5種結(jié)構(gòu)模型,共計(jì)500種工況的有限元模擬分析,得出非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)的樓層反應(yīng)譜。在非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)上放置耦合于樓板的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,進(jìn)行3條近斷層地震波下,5種主體結(jié)構(gòu)模型,5種不同質(zhì)量、4種不同剛度的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,共計(jì)135種工況的有限元模擬,得到主結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震動(dòng)響應(yīng)。主要結(jié)論如下:(1)結(jié)構(gòu)設(shè)置隔震層,屋面加速度反應(yīng)譜峰值明顯降低,隔震層位置越低,譜峰值減小效果越好,最大譜峰值出現(xiàn)的周期接近于結(jié)構(gòu)的基本自振周期。結(jié)構(gòu)設(shè)置隔震層增大屋面位移反應(yīng)譜峰值,譜峰值隨隔震層位置的上移而減小,第一次位移譜峰值出現(xiàn)的周期更接近于結(jié)構(gòu)模型的基本自振周期。在近斷層地震波斷層距小、有脈沖、脈沖周期與結(jié)構(gòu)基本自振周期接近時(shí)屋面反應(yīng)譜值有明顯增大。(2)用時(shí)程分析法和樓層反應(yīng)譜法計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震動(dòng)響應(yīng),樓層反應(yīng)譜法計(jì)算非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加速度放大系數(shù)大于時(shí)程分析法計(jì)算所得加速度放大系數(shù),隔震層下部兩種計(jì)算方法所得加速度放大系數(shù)相差較大,隔震層上部加速度放大系數(shù)相差較小。樓層反應(yīng)譜法計(jì)算所得位移放大系數(shù)大于時(shí)程分析法計(jì)算所得位移放大系數(shù),隔震層上部結(jié)構(gòu)的位移放大系數(shù)相差較大,隔震層下部結(jié)構(gòu)的位移放大系數(shù)相差較小。(3)對耦合非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的層間隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬并與未耦合非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的層間隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析,分析發(fā)現(xiàn)主次耦合的隔震結(jié)構(gòu)層間位移增大,樓板加速度減小。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量越大、剛度越小,主體結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互作用效應(yīng)越強(qiáng),主體結(jié)構(gòu)的層間位移角越大,樓板加速度越小。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量和剛度的變化對隔震結(jié)構(gòu)的隔震層下部層間位移和樓板加速度影響較大,對隔震層上部層間位移角和樓板加速度影響較小。(4)對耦合于主體結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件相對位移進(jìn)行對比分析,主體結(jié)構(gòu)不變,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量越大,剛度越小,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對位移越大。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對位移在隔震層上部改變較小,在隔震層下部改變較大。對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加速度放大系數(shù)進(jìn)行對比分析,主體結(jié)構(gòu)不變,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量越大,剛度越小,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件加速度放大系數(shù)越大。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件加速度放大系數(shù)在隔震層以上改變較小,在隔震層以下改變較大。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TU352.12
【部分圖文】：

第1章緒論2動(dòng)，根據(jù)地震災(zāi)害統(tǒng)計(jì)，建筑物距離地震斷層較近時(shí)與較遠(yuǎn)時(shí)比較建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞程度和附屬結(jié)構(gòu)的破壞程度明顯增加[7]。近斷層地震動(dòng)的區(qū)域并沒有嚴(yán)格的定義，但是大多數(shù)的研究人員界定斷層距在20km以內(nèi)并強(qiáng)烈的依賴于斷層破裂機(jī)制的地震動(dòng)為近斷層地震動(dòng)，包括破裂效應(yīng)的地震動(dòng)和地面發(fā)生永久位移的地震動(dòng)[8-11]。近斷層地震動(dòng)與普通地震動(dòng)最明顯的特征是富含長周期，大峰值的速度和位移脈沖，由于近斷層地震動(dòng)的特殊性，需要引入除震中距，震源距等常規(guī)描述外，還需引入描述觀測點(diǎn)到斷層面距離的定義[12,13]，如圖1-1所示。jbR:斷層距（在地面上觀測點(diǎn)到斷層在地表的投影的最短距離）。upR:觀測點(diǎn)到斷層破裂面的最短距離。soisR:觀測點(diǎn)到發(fā)震斷層面的最短距離。hy,poR震源距(觀測點(diǎn)到斷層面的初始破裂點(diǎn)的距離)。圖1-1斷層距離定義示意圖Fig.1-1Definitionofdifferentfaultdistances1.2.2近斷層地震動(dòng)基本特征（1）滑沖效應(yīng)滑沖效應(yīng)近斷層地震動(dòng)主要表現(xiàn)形式，當(dāng)?shù)卣饠鄬由舷聝杀P產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，斷層兩邊的地面出現(xiàn)了不可恢復(fù)的位移。在時(shí)程曲線中有特殊表現(xiàn)，含有滑沖效應(yīng)的地震動(dòng)位移時(shí)程有臺(tái)階狀的改變，速度時(shí)程出現(xiàn)半個(gè)單方向脈沖，這也是含有滑沖效應(yīng)地震動(dòng)的顯著特點(diǎn)[14]。具體位移時(shí)程和速度時(shí)程的表現(xiàn)形式如圖1-2所示。陳之毅，熊求正等[15]挑選不同種類的近場地震動(dòng)和選場地震動(dòng)，對四層的地鐵站進(jìn)

第1章緒論4向性效應(yīng)地震波對短周期結(jié)構(gòu)影響比滑沖效應(yīng)地震波對短周期結(jié)構(gòu)影響大，滑沖效應(yīng)對長周期結(jié)構(gòu)的影響比向前方向性效應(yīng)對長周期結(jié)構(gòu)的影響大。李爽[26]、李新樂[27]等，研究發(fā)現(xiàn)向前方向性效應(yīng)脈沖地震波表現(xiàn)出明顯的特性，就地震動(dòng)本身表現(xiàn)的位移、速度和加速度而言，位移的變化最大，加速度的變化最小，因此可以將PGV與PGA的大比值作為區(qū)分方向性效應(yīng)脈沖地震波的特點(diǎn)之一。圖1-3方向性效應(yīng)地震波示意圖Fig1-3.Schematicdiagramofdirectionaleffectseismicwaves(3)上下盤效應(yīng)上下盤效應(yīng)也是近斷層地震動(dòng)另一重要特征，近斷層地震動(dòng)的上下盤效應(yīng)指的是：地震能量釋放導(dǎo)致地面永久上下錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)地層斷面，斷面與地面的夾角若大于90°則為下盤，若小于90°則為上盤[28]。上下盤的位置關(guān)系如圖1-4所示，R1和R2為上盤和下盤的斷層距，上盤的斷層距明顯要大于下盤的斷層距。斷層距是影響地震動(dòng)強(qiáng)度的很大一個(gè)因素，因此位于上盤的地震動(dòng)強(qiáng)度要比位于下盤的地震動(dòng)強(qiáng)度大得多，這就是近斷層地震動(dòng)的上下盤效應(yīng)[29-30]。這也就說明就同一地震而言，上盤衰減速度比下盤衰減速度慢[19]。王棟[28]等對我國臺(tái)灣集集地震和美國北嶺地震采集到的上下盤效應(yīng)近斷層地震動(dòng)的頻譜特性和位移、速度、加速度時(shí)程進(jìn)行分析。研究表明：具有上盤效應(yīng)的近斷層地震動(dòng)，其位移峰值，加速度峰值，速度峰值要大于周邊的近斷層地震動(dòng)峰值。具有上盤效應(yīng)的近斷層地震動(dòng)反應(yīng)譜值，在較多的周期內(nèi)要大于相同斷層距下近斷層地震動(dòng)的反應(yīng)譜。汪大洋[33]等研究上下盤效應(yīng)的近斷層地震動(dòng)對短周期結(jié)構(gòu)與長周期結(jié)構(gòu)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，上盤效應(yīng)地震動(dòng)對短周期結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響較大，下盤效應(yīng)對長周期結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響較大。Abrahamson[34]等對美國北嶺地震選取近斷層地震

第1章緒論5值明顯放大。圖1-4上下盤效應(yīng)示意圖Fig1-4Schematicdiagramoftheupperandlowerdiskeffects1.3層間隔震結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀1.3.1層間隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)用傳統(tǒng)的隔震方式為基礎(chǔ)隔震，是在主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層，適用于結(jié)構(gòu)規(guī)則，有功能性需求的新建建筑。而對于一些平面不規(guī)則的建筑，需要加固的既有建筑，大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，地基下地質(zhì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，受到海水侵蝕結(jié)構(gòu)等特殊形式的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)使用基礎(chǔ)隔震具有很大的局限性。層間隔震具有方便施工，便于管線維修更換，不需要預(yù)留基礎(chǔ)位移空間等優(yōu)勢，層間隔震適用性更廣[36]。隨著層間隔震技術(shù)的逐漸推廣，在國外和國內(nèi)已經(jīng)有很多建筑采用層間隔震技術(shù)，在日本層間隔震技術(shù)應(yīng)用較多，有60余棟樓采用了層間隔震。東京的Sumitomo大廈在11層與12層設(shè)置隔震層[38]。藏野市防災(zāi)安全中心在既有兩層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之上設(shè)置隔震層，隔震層上部增加五層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過核算該層間隔震結(jié)構(gòu)在大震時(shí)能滿足使用要求[39]。HuMing、SiHongjun等對日本東京地區(qū)的一座九層結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，該結(jié)構(gòu)形式特殊4層以下為型鋼混凝土，4層以上為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加固方案為在四層柱頂設(shè)置隔震層進(jìn)行隔震加固[40-41]。國內(nèi)也有層間隔震應(yīng)用實(shí)例，宿遷市銀座商場，該建筑由地上4層的大底盤結(jié)構(gòu)和底盤之上的16層塔樓結(jié)構(gòu)組合而成，隔震層設(shè)置在大底盤和塔樓之間。我國臺(tái)灣大學(xué)的土木系大樓共九層，采用一層隔震結(jié)構(gòu)體系，在一層柱頂設(shè)置隔震層。1.3.2層間隔震結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀層間隔震結(jié)構(gòu)在世界和我國的實(shí)際項(xiàng)目中沒有大規(guī)模的應(yīng)用，研究人員現(xiàn)在對層間隔震結(jié)構(gòu)的研究主要以理論研究、有限元模擬、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)為主。研究人員就層間隔震結(jié)構(gòu)做了理論分析和有限元軟件模擬，得到一些具有指導(dǎo)意義
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2860600