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多维地震激励下串联隔震结构倒塌分析

作　者: 王小虎
导　师: 杜永峰
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 多维地震隔震结构倒塌模拟近断层地震碰撞响应增量动力分析（IDA）
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 67次
引　用: 1次
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内容摘要

隔震技术可以有效保护建筑结构及其内部设施，减轻地震的破坏作用。随着近年来世界上许多大地震的接连发生，一些隔震结构相继经受了地震考验，在减小地震对结构损害及保护建筑物内部设备方面的有效性获得了更广泛的认同。历次强震使得人们对近断层区域使用隔震等结构抗震新技术的愿望不断增强。然而，由于目前对于隔震结构在近断层区域的应用还缺乏先例，对隔震结构在近断层地震作用下的动力响应特征和破坏模式的认识还较为欠缺，在这个方面的理论分析和试验研究工作还需要进一步加强。隔震设计是建立在一维地震动基础之上的，而近断层地震具有多维特性，对隔震结构有不利影响。本文采用基于有限元软件MARC的增量动力分析方法(IDA)，来研究多维地震激励下隔震结构的倒塌模式。通过对结构设置不同的参数，得到串联隔震结构的三种主要倒塌模式，分别是：隔震层倒塌，结构首层倒塌，地下室柱倒塌。结果表明相对于单向地震，多维地震激励下隔震结构更易于发生倒塌。通过调整隔震支座和各结构部分的侧向刚度，揭示了隔震结构的倒塌模式与各层抗侧刚度相关。运用有限元软件模拟隔震结构倒塌破坏的过程，可以发现其在强震作用下的薄弱环节，为揭示隔震结构倒塌破坏机理提供理论分析依据。近断层脉冲型地震作用下，隔震建筑隔震层会产生较大的侧移，与周边基坑挡墙可能发生碰撞。文章采用非线性弹簧来模拟基坑挡墙，考虑上部结构的弹塑性变形。利用基于非线性弹簧的碰撞模型，分析了近场、远场地震作用下隔震结构的碰撞响应，探讨了隔震结构与周边基坑的预留间距对隔震结构碰撞的影响。并通过二次开发，采用生死单元法，模拟了碰撞导致隔震结构的倾覆倒塌。基于IDA的分析表明：近场地震作用下隔震结构更容易发生碰撞，对隔震结构的倾覆效应更具相关性;碰撞导致隔震支座产生受拉破坏继而发生倾覆倒塌。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题的研究背景和意义  10
  1.2 国内外研究现状综述  10-19
    1.2.1 近断层地震动研究现状  10-15
    1.2.2 串联隔震结构研究现状  15-17
    1.2.3 多维地震研究现状  17-18
    1.2.4 结构倒塌研究现状  18-19
  1.3 目前存在的问题  19-20
  1.4 本文提出的问题及研究的内容  20-21
第2章结构倒塌及碰撞理论  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 近断层地震对隔震结构的影响  21-22
  2.3 结构倒塌模拟方法  22-24
  2.4 结构碰撞理论  24-26
    2.4.1 线弹性模型  24
    2.4.2 非线性粘弹性模型  24-25
    2.4.3 实体接触碰撞模型  25
    2.4.4 Kelvin 模型  25-26
    2.4.5 改进的 Kelvin 模型  26
  2.5 本章小结  26-27
第3章多维地震激励下串联隔震结构的倒塌模拟  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 分析参数及模型  27-29
    3.2.1 隔震结构的运动方程表达式  27-28
    3.2.2 工程参数  28-29
  3.3 地震动维数对串联隔震结构倒塌的影响  29-30
  3.4 串联隔震结构的倒塌过程及模式  30-33
    3.4.1 串联隔震结构的倒塌部位  30-31
    3.4.2 串联隔震结构倒塌过程仿真  31-33
  3.5 设置地下室连续墙串联隔震结构的倒塌模拟  33-36
    3.5.1 分析参数及模型  33
    3.5.2 分层壳单元模型  33-35
    3.5.3 结构倒塌模拟  35-36
  3.6 本章小节  36-37
第4章串联隔震结构倒塌模式的影响因素  37-42
  4.1 引言  37
  4.2 分析参数及模型  37-39
    4.2.1 工程参数  37
    4.2.2 隔震层参数  37-38
    4.2.3 结构倒塌指标和倒塌储备系数  38-39
  4.3 刚度比与倒塌模式的相关性  39-41
    4.3.1 近场地震作用下结构倒塌模式与刚度比的相关性  39-40
    4.3.2 远场地震作用下结构倒塌模式与刚度比的相关性  40-41
  4.4 本章小节  41-42
第5章近断层地震作用下隔震结构碰撞响应及倒塌模拟  42-51
  5.1 引言  42
  5.2 分析参数及模型  42-44
  5.3 仿真分析的模型参数  44
  5.4 基于 IDA 的结构碰撞分析  44-48
    5.4.1 结构碰撞时的动力响应  44-46
    5.4.2 构造间距对结构碰撞的影响  46-47
    5.4.3 近、远场地震作用下结构的碰撞响应  47-48
  5.5 结构碰撞倾覆倒塌模拟  48-50
    5.5.1 基于生死单元的倒塌实现  48-49
    5.5.2 隔震结构碰撞倾覆倒塌过程  49-50
  5.6 本章小节  50-51
结论与展望  51-53
  结论  51-52
  展望  52-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  59

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