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网架结构建筑用铅芯橡胶支座减隔震技术性能分析151-3082-8567
阜阳大跨空间网架结构建筑中使用我厂铅芯橡胶支座,大跨空间网架结构具有受力合理、空间刚度大、整体性强、制作安装方便、造价低等优点,是 近三十年来我*应用十分广泛的*种结构形式 [1,2] 。在强地震作用下,空间网架结构处于 非弹性工作状态,网架的破坏形态十分复杂。随着网架结构抗震研究的不断深入,大跨空间网 架结构在水平地震作用下的反应日益受到关注,并取得了*些研究成果[3,4]。
采用减隔震技 术[528]可以有效地降低大跨空间网架结构体系的水平地震反应。 本文针对大跨空间网架结 构的特点,将具有良好力学性能的铅芯橡胶支座应用于大跨空间网架结构,提出采用在上部空间网架结构和下部支撑结构之间设置隔震层的方法,可以提高大跨空间网架结构的水平抗震性 能。在此基础上,进*步研究了铅芯橡胶支座对网架结构水平隔震效果的主要影响参数和影响 规律。通过考虑铅芯橡胶支座屈服力、屈服前刚度和屈服前后刚度比等三种设计参数的变化, 对某大跨空间网架结构进行了*系列隔震参数分析,给出了铅芯橡胶支座设计参数对水平隔震 效果的影响规律。这些规律对实际工程应用具有*定的参考意义。 1 网架结构水平隔震的非 线性时程分析
网架结构的水平隔震计算模型 网架结构未设置隔震装置时,任意时刻的 动力平衡方程为 [M]{uβ}+[C]0{uα}+[K]0{u}=-[M]{uβg}(1)式中 [M]为结构质量矩阵; [C]0为结构阻尼矩阵; [K]0为结构刚度矩阵。 采用隔震技术设置了铅芯橡胶支座后结构的动 力方程为 [M]{uβ}+[C]{uα}+[K]{u}+{F(Ρ)}=-[M]{uβg} (2)式中 F(Ρ)=ΡAl+Klx,其中 Ρ为铅芯材料的屈服强度,Al为铅芯面积,Kl为剪切刚度,x为铅芯橡胶支座发生的*大位移。
铅芯橡胶支座设置于上部空间网架结构与下部支承结构之间,协调上下结构的受力与变形,它 提供*定的刚度,但相对于网架原结构质量,则可以忽略其质量对网架结构总体质量矩阵的影 响。因此,隔震结构的总体刚度矩阵[K]已不是原结构刚度矩阵[K]0,而是铅芯橡胶支座刚度矩 阵[K]r与原结构刚度矩阵[K]0叠加后的刚度矩阵。铅芯橡胶支座引入多层框架结构加层改造 的减震研究,利用非线性时程分析法对*具体结构作了多种方案在3种地震波激励下的计算分 析.结果表明,增层时采用铅芯橡胶支座减震是*种有效的手段.关键词:铅芯橡胶支座;减震; 加层改造;非线性时程分析;多层框架结构 112 网架结构水平隔震的非线性时程分析 本文对内蒙古呼和浩特市某*63m×63m正方四角锥 网架模型进行水平隔震计算,网格尺寸为3 m×3m,四角锥高度2m,四边简支。 根据《建筑抗震 设计规范》 (GB5001122001)规定,呼和浩特市抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为 0120g,设计地震第*组。建筑场地土为II类,场地特征周期值取0135s。
建筑的抗震设防类别 为乙类,框架的抗震等*为**。考虑不利地震动水平方向,均选取三条天然波和*条人工波 进行直接动力时程分析,其中三条天然波分别为EI2Centro波、Taft波和Geng2mma波。网架计 算模型如图1所示第32卷 第2期2000年6月西安建筑科技大学学报J.Xi’ anUniv.ofArch.&Tech. Vol132 No12Jun.2000 收稿日期:1999202218 作者简介:张俊发(19612), 男,陕西白水人,西安建筑科技大学博士生,西安理工大学副教授,研究建筑工程理论. 铅芯橡胶 橡胶支座应用于多层框架结构加层改造的减震研究张俊发1,刘云贺2,田 洁2 (1.西安建筑科技大学 ,陕西西安710055;21西安理工大学,陕西西安710048) 摘 要:本文将铅芯橡胶支座引入多层框 架结构加层改造的减震研究,利用非线性时程分析法对*具体结构作了多种方案在3种地震波 激励下的计算分析.结果表明,增层时采用铅芯橡胶支座减震是*种有效的手段.关键词:铅芯 橡胶支座;减震;加层改造;非线性时程分析;多层框架结构中图分类号:TU31
层间隔震不同于基础隔震,工作机理比较复杂,当隔震元件置于顶层之下 时,则类似于主结构与* TMD子系统共同作用问题 .我*学者[1,2]对应用叠层橡胶支座 (LaminatedRubberBearing,简称RB)对房屋加层改造的地震响应控制进行了试验和理论研究, 论述了应用TMD方法对结构进行“加层减震”的优越性. 目前,铅芯叠层橡胶支座 (LeadlaminatedRubberBearing简称LRB)已较广泛地应用于房屋的基底隔震[3~5],LRB融隔震 与滞变耗能于一体,构造简单,可靠性高.本文将这种橡胶支座引入层间隔震研究.LRB橡胶支座是*种强 非线性隔震元件,由其组成的减震系统将是*个非线性系统,其动力学行为及减震机理较采用 RB更为复杂,本文结合*框架结构的加层改造对此作了探讨.
加层改造房屋概况原有建设物 为*7层钢筋砼框架结构办公楼,其平面图见图1,建筑物层高为:第1层410m,第2至7层316m.各 种框架柱断面尺寸为:1~2层0155×0155m2,3~4层0150×0150m2,5~7层0145×0145m2,砼标 号C25.楼层梁断面为0125×0165m2,走道梁断面为0125×0140m2,砼标号C20.加层层高 var script = document.createElement('script'); script.src = 'http://static.pay.baidu.com/resource/baichuan/ns.js'; document.body.appendChild (script); 图1 结构平面图 316m,柱断面0145×0145m2,梁断面同其他楼层. 为了便于比较 分析,本文考虑了3种加层方案:(1)直接加层(普通加层方案);(2)普通叠层橡胶支座加层(RB方 案);(3)铅芯叠层橡胶支座加层(LRB方案). 2 动力计算模型 211 结构计算模型图2 LRB加层减 震结构示意图本文取横向考虑水平地震作用进行分析假定,楼板在其平面内无限刚性,用矩阵 位移法对结构作静力分析,求得各层等效剪切刚度,得到动力计算的等效层模型[6]. 自下而上 各层等效层间刚度分别为91114×103、72819×103、60719×103、59713×103、47611×103 、47911×103、48415×103 kN