村镇土坯结构摩擦滑移隔震技术研究

论文摘要

我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一,其中绝大多数破坏性地震都发生在广大农村和乡镇地区。由于现阶段这些地区经济比较落后,结构抗震能力差,在遭受同等烈度的地震作用下,其人员伤亡和建筑物的倒塌破坏程度远高于城市,往往越贫穷的地区,受灾越严重。因此,加强对村镇建筑抗震减震技术研究具有重要意义。本文以村镇既有结构类型中震害最严重的土坯结构为研究对象,本着“经济、有效、耐久和易施工”的原则,在对比分析现有隔震技术的基础上提出应用摩擦滑移隔震技术对土坯结构减震。针对土坯滑移隔震结构进行了部分理论和试验方面的研究,包括：(1)介绍了摩擦滑移结构的计算模型和动力反应的计算方法。通过数值算例,分析了摩擦滑移的隔震效果；同时验证了本文利用现有软件所建分析模型的准确性,为土坯滑移隔震结构研究奠定了理论基础。(2)阐述了土坯滑移隔震结构的设计方法,包括滑移层的构造和滑移材料摩擦系数的确定。应用SAP2000建立了典型的两开间土坯滑移隔震结构的有限元分析模型。通过模态分析和非线性时程分析表明：滑移隔震延长了土坯结构自振周期,结构振动以前两阶平动振型为主；而且能有效减小结构的地震反应。(3)通过数值计算,分析了摩擦系数、地震强度、场地条件及上部结构周期等因素对土坯滑移隔震结构减震率和最大滑移量的影响,给出了土坯滑移结构设计指标的建议值,同时对简化计算方法进行了探讨,可作为工程设计的参考。(4)对土坯滑移隔震结构模型进行了振动台试验。通过对以砂粒作为滑移层的土坯滑移隔震模型和基础固定模型在不同工况下的试验结果进行对比分析,验证了砂层滑移隔震的对土坯结构的减震效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 村镇建筑概述
• 1.1.1 我国村镇地区基本震害情况
• 1.1.2 村镇震害严重的主要原因
• 1.1.3 村镇建筑结构类型与特点
• 1.1.4 村镇建筑抗震研究现状
• 1.2 选题背景
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 土坯结构抗震研究概况
• 1.3.2 基础隔震技术发展概况
• 1.3.3 摩擦滑移隔震研究概况
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 滑移隔震结构理论研究
• 2.1 滑移隔震结构计算模型
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 滑移隔震结构计算模型
• 2.1.3 滑移层摩擦力模型
• 2.2 滑移隔震结构运动方程
• 2.2.1 滑移状态时结构运动方程
• 2.2.2 啮合状态时结构运动方程
• 2.2.3 结构滑移与啮合状态判别条件
• 2.3 滑移隔震结构的计算方法
• 2.3.1 Newmark-β时间积分法
• 2.3.2 Newton-Raphson迭代法
• 2.3.3 软件计算
• 2.4 算例验证
• 2.4.1 计算模型
• 2.4.2 结果分析
• 2.5 本章小结
• 3 土坯滑移隔震结构设计与地震反应分析
• 3.1 土坯滑移隔震结构设计
• 3.1.1 摩擦滑移材料
• 3.1.2 分析原型
• 3.2 有限元分析理论基础
• 3.2.1 有限元法简介
• 3.2.2 有限元软件选择
• 3.2.3 SAP2000软件介绍
• 3.3 土坯滑移隔震结构分析模型
• 3.3.1 上部结构模拟
• 3.3.2 摩擦滑移层模拟
• 3.3.3 材料属性
• 3.3.4 模型的建立
• 3.4 结构反应分析
• 3.4.1 Rize向量分析法
• 3.4.2 模态分析
• 3.4.3 地震反应分析
• 3.5 本章小结
• 4 影响土坯滑移隔震结构设计的参数研究
• 4.1 引言
• 4.2 分析方法与研究方案
• 4.2.1 计算方法选择
• 4.2.2 地震波选择
• 4.2.3 研究方案
• 4.3 不同影响因素条件下土坯滑移结构动力分析
• 4.3.1 摩擦系数对减震率的影响
• 4.3.2 地震强度对减震率的影响
• 4.3.3 摩擦系数对基底最大滑移量的影响
• 4.3.4 地震强度对基底最大滑移量的影响
• 4.3.5 上部结构周期的影响
• 4.3.6 土坯滑移结构设计建议取值
• 4.4 土坯滑移隔震结构简化计算
• 4.4.1 简化分析模型
• 4.4.2 简化设计方法
• 4.4.3 设计步骤
• 4.6 本章小结
• 5 土坯滑移隔震结构振动台试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验概况
• 5.2.1 模型设计
• 5.2.2 相似关系
• 5.2.3 模型制作
• 5.3 试验方案
• 5.3.1 试验仪器
• 5.3.2 传感器布置
• 5.3.3 地震波选用
• 5.3.4 加载方案
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 模型的动力特性
• 5.4.2 模型的加速度放大系数
• 5.4.3 模型的加速度时程反应
• 5.4.4 试验中问题讨论
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢