多级串联非比例阻尼隔震结构地震响应研究

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隔震技术是一种有效的被动控制减震技术,是在建筑物的上部结构和下部结构(或基础)之间设置叠层橡胶支座或阻尼器等装置,以增加隔震层阻尼、延长整个结构体系的自振周期、减少输入到上部结构的地震能量,从而降低上部结构的地震响应,达到预期的减震要求。在2001年颁布的《建筑抗震设计规范》中,隔震结构的隔震层限于上部结构和基础之间,而使隔震结构的应用范围受到了很大的限制。随着隔震技术的不断深入研究和快速发展,隔震层的位置已不再局限于基础顶面,本次修订的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)对隔震层位置做了扩展,由“建筑物上部结构和基础之间”改为“建筑物基础、下部与上部结构之间”,若各子结构的阻尼性能不同,则构成了多级串联非比例阻尼模型。基于上述原因,本文对多级串联非比例阻尼隔震结构进行了研究。运用MATLAB软件编制了多级串联非比例阻尼隔震结构模型的程序,对其进行地震响应分析,并与MATLAB编制的Wilson-θ法的结果进行对比,结果显示本文所建立模型的正确性、多级非比例阻尼矩阵的合理性及分析程序的准确性;运用此程序对比分析了多级串联隔震结构与基础隔震结构的相关性及串联隔震结构的减震效应和下部子结构的层间位移角。研究结果表明,随着下部结构质量和水平层间刚度的增加,结构的层剪力比和隔震层位移动力响应峰值均趋向于基础隔震结构的对应值,当下部结构为一层,且层间刚度大于上部结构一层水平层间刚度4~6倍以上时,可以近似按基础隔震结构进行动力分析。结构隔震层既对上部子结构进行了隔震,又对下部子结构进行了减震,起到双重的减震效果,地震时上部子结构产生与下部子结构方向相反的作用力,使下部子结构振动明显减弱;串联隔震结构地下室的共振频率较非隔震结构提前,且其频响幅值也小于非隔震结构幅值。随地震烈度的增大,地下室层间位移角增大,一、三类场地土上,近场地震动所得地下室层间位移角大于远场所得结果相应值,二类场地土其结果相反。
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