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摩擦滑移隔震模型结构设计与有限元分析

作　者: 马予骁
导　师: 王社良
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 固体润滑剂摩擦滑移隔震隔震装置框架结构时程分析地震响应工程应用
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地震是世界上最严重的自然灾害之一，它所造成的直接灾害包括建筑物与构筑物的破坏、地面破坏、山体滑坡、山崩和海啸等。因此，研究减轻或避免建筑结构地震灾害影响的工程结构设计理论和应用方法，具有重要的理论意义和实用价值。本文以新型摩擦滑移隔震支座为基础，进行了框架结构基础隔震和屋顶颗粒阻尼容器隔震结构的地震响应分析。主要工作有：①介绍并分析了隔震结构的基本原理和主要特点，特别是摩擦滑移隔震技术中的基础滑移隔震结构与层间滑移隔震结构的研究和发展动态，指出了摩擦滑移隔震技术存在的一些问题；②根据结构动力学原理，分别建立了抗震结构、基础摩擦滑移隔震结构和层间滑移隔震结构的地震响应方程，并采用逐步积分法中的中点加速度法，求解了上述结构在水平地震作用下的加速度响应等；③采用新型固体润滑剂，即二硫化钼作为摩擦滑移隔震装置的涂层材料，以某实际工程为原型，设计并制作了3个新型摩擦滑移隔震装置，进行了相应的滑移隔震性能试验，总结了一般规律；④根据模型相似理论和振动台试验条件，设计制作了1个相似比为1/5的5层钢筋混凝土框架隔震试验模型结构，同时采用ANSYS有限元分析软件，建立了该试验模型结构的有限元分析模型，进行了不同试验工况下模型结构的地震响应分析，为进行振动台试验提供了理论依据；⑤采用ANSYS有限元分析软件，对某实际工程，即采用新型摩擦滑移隔震装置的原型结构进行了抗震和隔震两种情况下的地震响应分析，检验了采用新型摩擦滑移隔震装置后该实际工程的隔震效果，得出了一些可供实际工程应用时参考的结论和建议。研究结果表明，采用二硫化钼固体润滑剂涂层的隔震装置，其摩擦滑移性能比较稳定，一般地摩擦系数在0.04~0.06范围内。安装隔震装置后，当地震作用小于隔震层的最大静摩擦力时，隔震层不发生滑移，隔震结构的地震响应与抗震结构的相似；当地震作用大于隔震层的最大静摩擦力时，隔震层发生滑移，产生隔震作用。这时，上部结构的地震响应基本为平动，加速度、层间相对位移、楼层地震剪力等显著减小，说明文中研究的新型摩擦滑移隔震装置能够明显地降低框架结构的地震响应，隔震效果明显。研究结果还表明，在建筑物顶部的突出物，如颗粒阻尼容器的底部设置新型摩擦滑移隔震装置后，滑移隔震装置能够起到TMD的作用，减小框架结构的地震响应。此外，文中还对某实际工程采用新型摩擦滑移隔震装置的隔震性能进行了分析，并提出了相应的设计建议。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1. 绪论  10-21
  1.1 地震灾害  10-11
    1.1.1 我国的地震灾害  10
    1.1.2 世界各地的地震灾害  10-11
  1.2 隔震结构的设计与发展动态  11-16
    1.2.1 隔震设计的基本原理  11-13
    1.2.2 隔震结构组成  13-14
    1.2.3 隔震结构的特点  14-15
    1.2.4 隔震结构的历史与发展动态  15-16
  1.3 摩擦滑移隔震技术  16-19
    1.3.1 摩擦滑移隔震技术概述  16-17
    1.3.2 基础摩擦滑移隔震结构的发展与应用  17-18
    1.3.3 层间滑移隔震技术的发展与应用  18-19
  1.4 本文主要研究工作  19-21
    1.4.1 课题研究意义  19
    1.4.2 本文主要研究内容  19-21
2. 摩擦滑移隔震理论分析  21-33
  2.1 基础滑移隔震原理  21-22
  2.2 基础滑移隔震结构动力方程的建立  22-25
    2.2.1 基础固定的抗震结构动力方程  22-23
    2.2.2 基础滑移隔震结构动力方程  23-25
  2.3 层间滑移隔震原理  25-26
  2.4 层间滑移隔震结构动力方程的建立  26-28
  2.5 隔震方程的数值积分法  28-32
  2.6 本章小结  32-33
3. 摩擦滑移隔震结构模型建立  33-48
  3.1 试验模型设计制作  33-38
    3.1.1 相似系数选取  33-34
    3.1.2 模型设计  34-38
  3.2 滑移隔震装置性能试验  38-42
    3.2.1 试验工况  39-40
    3.2.2 试验结果分析  40-42
  3.3 有限元模型建立  42-44
    3.3.1 ANSYS 有限元软件概述  42
    3.3.2 有限元模型的建立  42-44
    3.3.3 构件单元的选取  44
  3.4 地震波选取  44-47
  3.5 本章小结  47-48
4. 基础摩擦滑移隔震结构地震响应分析  48-60
  4.1 抗震结构与基础摩擦滑移隔震结构的模态分析  48-51
  4.2 基础抗震结构与基础摩擦滑移隔震结构的动力响应对比  51-59
    4.2.1 加速度对比分析  51-53
    4.2.2 位移响应对比分析  53-55
    4.2.3 层间位移与层间位移角对比分析  55-57
    4.2.4 层间剪力对比分析  57-59
  4.3 本章小结  59-60
5. 层间摩擦滑移隔震结构地震响应分析  60-70
  5.1 层间滑移隔震与 TMD 结构地震响应控制  60
  5.2 抗震结构与层间摩擦滑移隔震结构的动力响应对比  60-69
    5.2.1 加速度对比分析  60-62
    5.2.2 位移响应对比分析  62-65
    5.2.3 层间位移与层间位移角对比分析  65-67
    5.2.4 层间剪力对比分析  67-69
  5.3 本章小结  69-70
6. 工程实例分析  70-75
  6.1 工程概况  70
  6.2 模拟分析  70-71
    6.2.1 模型建立  70-71
    6.2.2 工况分析  71
  6.3 结果对比  71-73
  6.4 结果分析  73-74
  6.5 本章小结  74-75
7. 结论与展望  75-77
  7.1 结论  75-76
  7.2 展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81

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