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原文传递高架桥与建筑复合减震结构的地震反应分析理论与试验研究

论文题名：	高架桥与建筑复合减震结构的地震反应分析理论与试验研究
关键词：	高架桥;建筑复合减震体系;结构减震控制;地震反应;橡胶支座;隔震结构
摘要：	自从1972年J.T.P.Yao提出结构减震控制概念以来,各种减震技术包括基础隔震(Base Isolation system)、被动控制TMD,TLD,主动控制AMD等技术,应用到了桥梁、高耸结构、普通民用建筑等多领域。近年来,国内城镇建设的发展以及国内城市化发展的加速,城市圈呈现出显著扩大的趋势,土地资源日趋紧张,开发一种能够充分有效地利用土地资源、实现高性能抗震、降低结构造价的钢筋混凝土高架路桥与建筑复合结构减震(振)体系具有重要经济意义。本文针对上述的问题提出了高架桥与建筑复合结构的新型减震体系,研究探讨了减震体系的装置包括橡胶支座、铅芯橡胶支座、三维隔震装置的力学性能；研究了普通隔震结构的地震反应,建立隔震结构等效阻尼比弹塑性反应谱,分析了不同高宽比钢框架隔震结构模型的三维地震模拟振动台试验：完成了高架桥与建筑复合减震结构的振动台试验研究并进行简化计算理论及参数分析。本文的主要研究内容包括：在橡胶支座线弹性和非线性弹性力学性能的基础上,本文研究建立了橡胶支座的弹塑性拉伸和弹塑性剪切恢复力模型,定义了铅芯橡胶支座的“扁环”效应,提出了建立弹塑性模型的双拐点原则,基于“扁环”效应建立了隔震结构的高精度计算分析模型。研究还采用原型橡胶支座进行了验证拉伸弹塑性和剪切弹塑性新模型的伪静力试验。根据三维隔震技术原理,设计了一套能同时具备水平和竖向变形及耗能能力的由厚层橡胶支座和异型铅阻尼器组成的三维隔震支座,并完成了厚层橡胶支座及异型铅阻尼器的力学性能试验,从试验结果显示厚层橡胶支座和异型铅阻尼器的水平和竖向力学性能满足三维隔震支座的设计要求,试验进一步得到厚层橡胶支座和普通橡胶支座及铅芯橡胶支座的区别,最后通过异型铅阻尼器的损伤分析给出异型铅阻尼器的改进方案。针对目前国内外建筑抗震设计规范中隔震结构的反应谱取值问题,以隔震建筑应用实例较多的国家日本、美国及我国的规范为研究对象,围绕三国规范反应谱和隔震结构的设计方法进行了较系统的分析,根据弹塑性反应谱理论和隔震结构的特点,基于单质点弹塑性时程分析的结果,在我国现行规范反应谱基础上,提出了隔震结构等效阻尼比弹塑性反应谱修正公式。分析了钢框架隔震结构模型的双向和三向模拟地震振动台试验,取得了不同高宽比隔震结构模型在双向和三向输入下的结构地震反应特性,试验结果表明,大小高宽比隔震结构都具有较好的水平减震效果。小高宽比隔震结构的变形主要以隔震层剪切变形为主,大高宽比隔震结构不仅有隔震层剪切变形,而且也包含上部结构剪切和弯曲变形,在进行大高宽比计算时应同时考虑上部结构剪切和弯曲变形的影响。研究掌握了大高宽比隔震结构竖向输入对水平向地震反应的影响程度,提出了隔震结构竖向地震输入对水平向地震反应的影响可以忽略的观点。根据减震控制理论,提出了高架桥与建筑复合减震结构新的减震结构体系,进一步完成了单独高架桥和高架桥与建筑复合减震结构的振动台试验,取得了单独高架桥和高架桥与建筑复合减震结构在不同地震动、不同地震烈度下的单向及双向地震作用下的高架桥及建筑结构的地震反应。从试验角度证实高架桥与建筑复合减震结构体系的减震良好。根据工程结构计算理论,研究高架桥与建筑复合减震结构简化理论,把高架桥与建筑复合减震结构等效为2质点体系的简化计算模型,并进一步对高架桥与建筑复合减震体系进行参数优化分析,得出基于不同优化准则的结构最优参数计算公式。最后对建筑隔震结构和高架桥与建筑减震结构振动台试验模型进行时程分析,对比时程反应分析结果和试验得到结果表明时程分析与试验结果一致。
作者：	何文福
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	霍达;刘文光
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京工业大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文