村镇建筑砂垫层隔震性能研究

论文摘要

隔震结构是一种新型的抗震结构形式。砂垫层隔震减震是利用基础底面和地基之间一定厚度砂土垫层的大阻尼、易于流动耗能显著及界面相对滑移的特性,实现在地震作用下减轻上部结构动力响应的振动控制。本文对砂垫层的动力特性进行分析探讨,充分考虑砂土垫层材料非线性与几何非线性,根据达朗伯原理给出隔震结构嵌固状态和滑移状态的动力学运动方程,提出砂垫层隔震结构的滑移滞回动力学模型。本文针对隔震上部结构为弹性体系,砂垫层简化为分布质量非线性模型,砂垫层的恢复力模型为曲线模型、基础底面和砂垫层界面滑移假设为库伦摩擦模型,建立了砂垫层隔震结构的简化动力学模型。借助MATLAB软件编制时程分析计算程序,对一幢二类场地、抗震设防烈度8度地区的六层砌体结构的两个方向进行了两条地震波和一条人工波作用的时程分析,分别比较多遇地震与罕遇地震作用下的隔震效果。探讨了砂垫层的隔震性能,对主要影响参数进行分析比较,主要包括垫层厚度、滑移系数及地震动峰值加速度。通过时程分析计算结果,对比普通结构与的砂垫层隔震结构在横向与纵向隔震效果,对砂垫层隔震减震的机理和规律作出一定量的分析,得出以下结论。1、研究结果表明,砂垫层水平刚度较大,多遇地震作用下不能有效地延长结构的自振周期、远离地震动的卓越周期,但通过砂垫层滞回耗能能够减轻上部结构动力响应,一定程度会出现加震的现象。2、在罕遇地震作用下通过垫层和基础界面相对滑移与砂垫层滞回耗能能够有效地降低上部结构的动力响应。3、砂垫层隔震结构的动力响应及隔震效果主要取决于砂垫层的土动力学特征参数(厚度、面积、砂垫层土体剪切模量、密度、接触面滑移系数等)和上部结构的动力特征(质量、阻尼、刚度)。4、随着砂垫层厚度的增加,隔震效果会增加,但不显著;随着砂垫层滑移系数增加,隔震效果劣化;随着地震动强度的增加,砂垫层隔震效果显著增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 传统的抗震体系以及存在的问题
• 1.2 隔震结构国内外研究现状
• 1.2.1 振动控制技术概述
• 1.2.2 隔震技术发展及国内外现状
• 1.2.3 砂垫层隔震国内外现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 砂垫层隔震动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 砂垫层隔震基本原理
• 2.2.1 砂垫层隔震基本原理
• 2.2.2 砂垫层隔震的优越性
• 2.3 砂垫层动力本构模型
• 2.3.1 土动力学本构模型
• 2.3.1.1 线性粘弹模型
• 2.3.1.2 非线性等价粘弹性模型
• 2.3.1.3 双线性弹塑性模型
• 2.3.1.4 双曲线弹塑性模型
• 2.3.2 砂垫层摩擦特性
• 2.3.2.1 摩擦滑移系统
• 2.3.2.2 垫层滑移摩擦力模型
• 2.4 隔震体系动力学模型
• 2.4.1 砂垫层基本假定
• 2.4.2 多质点隔震体系动力学模型
• 2.4.2.1 嵌固状态运动方程
• 2.2.2.2 滑移状态运动方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 砂垫层隔震结构非线性时程分析
• 3.1 引言
• 3.2 隔震结构模型参数及数值分析方法
• 3.2.1 工程结构概况
• 3.2.2 结构设计参数
• 3.2.3 垫层设计参数
• 3.2.4 数值积分方法
• 3.2.4.1 Newmark-β逐步积分法
• 3.2.4.2 Newton-Raphson迭代法
• 3.2.4.3 隔震体系滑移判别条件
• 3.3 隔震结构动力响应分析
• 3.3.1 地震波的选取
• 3.3.1.1 地震动强度
• 3.3.1.2 地震动频谱特性
• 3.3.1.3 地震动持时
• 3.3.1.4 地震波选择与调整
• 3.3.1.5 地震波的选择
• 3.3.2 多遇地震作用下动力响应分析
• 3.3.3 罕遇地震作用下动力响应分析
• 3.3.4 隔震效果分析
• 3.3.4.1 多遇地震作用隔震效果分析
• 3.3.4.2 罕遇地震作用隔震效果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 砂垫层参数变化对隔震结构反应的影响
• 4.1 引言
• 4.2 砂垫层厚度的影响
• 4.2.1 罕遇地震作用下砂垫层厚度对隔震效果的影响
• 4.2.2 多遇地震作用下砂垫层厚度对隔震效果的影响
• 4.3 砂垫层滑移系数的影响
• 4.4 地震动强度的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢