结构抗震与减隔震题目.docx
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结构抗震与减隔震题目
结构抗震与隔震
学生姓名：
马慕蓉
学号：
094811084
专业：
研桥梁09级
指导老师：
杨孟刚
题目1：
根据题意，每层的质量为每层质量为6800㎏，层间剪切刚度为20000kN/m。
分析可知，可以用软件MIDAS建立符合上述条件的模型，进行分析计算。
将结构划分为38节点、42单元的结构；楼面弹性模量取为无限大模拟成刚性结构，取相应的容重，使其满足每层的质量要求；立柱截面设计成满足层间剪切刚度；将每层的质量作为均布荷载加在相应的单元中；约束1、20号节点的所有自由度，即设置为刚性支座节点。
计算模型如下图所示：
图2结构计算模型图
1.1动力特性分析，绘出前5阶振型。
运行软件进行分析，得结构的前5阶振型分别如图3~7所示。
图3第一阶阵型图4第二阶振型
图5第三阶振型图6第四阶振型
图7第五阶振型
1.2反应谱分析
利用MIDAS反应谱分析功能，设计反应谱函数取China（GB50011-01），即采用《建筑结构抗震规范》中的反应谱进行分析。
阻尼比取0.05，地震设防烈度取7，Ⅰ类场地类别，多遇地震作用，最大周期取为5秒。
反应谱荷载工况取1个，工况1地震作用在水平方向上，即X-Y平面内，结构将产生最大水平位移；运行程序进行反应谱分析。
各节点水平位移如下表所示：
表1反应谱分析各节点水平位移
节点
DX（m）
节点
DX（m）
1
0.000000
20
0.000000
2
0.000208
21
0.000208
3
0.000595
22
0.000595
4
0.000803
23
0.000803
5
0.000997
24
0.000997
6
0.001358
25
0.001358
7
0.001553
26
0.001553
8
0.001719
27
0.001719
9
0.002029
28
0.002029
10
0.002197
29
0.002197
11
0.002328
30
0.002328
12
0.002572
31
0.002572
13
0.002705
32
0.002705
14
0.002794
33
0.002794
15
0.002959
34
0.002959
16
0.003050
35
0.003050
17
0.003099
36
0.003099
18
0.003189
37
0.003189
19
0.003239
38
0.003239
结构变形如下图所示：
图8反应谱分析结构各层最大水平位移
由以上分析可得，在水平地震波，第六层的水平位移最大，为0.003239米。
1.3时程分析
任采用以上模型进行分析。
利用MIDAS的时程分析功能，输入地震波函数EL-CENTRO波（1940,ElCentroSite,270Deg）。
时程荷载工况中，采用线性分析类型、瞬态时程类型以及振型叠加方法进行分析。
取分析步长为0.02秒，对结构进行20秒的时程分析，可得到每层在地震作用下的速度及加速度反应。
各层在水平地震作用下的位移及加速度反应（地震作用下各节点最大的位移及加速度）。
如表2、3所示：
表2结构位移反应表
节点
DX
节点
DX
DX（m）
时间/步骤（秒）
DX（m）
时间/步骤（秒）
1
0.000000
0.0200
20
0.000000
0.0200
2
0.003998
2.1600
21
0.003998
2.1600
3
0.011412
2.1600
22
0.011412
2.1600
4
0.015414
2.1600
23
0.015414
2.1600
5
0.018971
2.1600
24
0.018971
2.1600
6
0.025561
2.1600
25
0.025561
2.1600
7
0.029121
2.1600
26
0.029121
2.1600
8
0.032018
2.1600
27
0.032018
2.1600
9
0.037407
2.4000
28
0.037407
2.4000
10
0.040606
2.4000
29
0.040606
2.4000
11
0.043129
2.4000
30
0.043129
2.4000
12
0.047795
2.4000
31
0.047795
2.4000
13
0.050320
2.4000
32
0.050320
2.4000
14
0.051966
2.4000
33
0.051966
2.4000
15
0.055005
2.4000
34
0.055005
2.4000
16
0.056652
2.4000
35
0.056652
2.4000
17
0.057491
2.4000
36
0.057491
2.4000
18
0.059031
2.4000
37
0.059031
2.4000
19
0.059870
2.4000
38
0.059870
2.4000
表3结构加速度反应表
节点
DX
节点
DX
DX（m/s^2）
时间/步骤（秒）
DX（m/s^2）
时间/步骤（秒）
1
3.500000
2.1400
20
3.500000
2.1400
2
3.936694
2.1400
21
3.936694
2.1400
3
4.746510
2.1400
22
4.746510
2.1400
4
5.260034
2.1600
23
5.260034
2.1600
5
5.662202
2.1600
24
5.662202
2.1600
6
6.407513
2.1600
25
6.407513
2.1600
7
6.809869
2.1600
26
6.809869
2.1600
8
7.040645
2.1600
27
7.040645
2.1600
9
7.467886
2.1600
28
7.467886
2.1600
10
7.792095
5.1000
29
7.792095
5.1000
11
7.891753
5.1000
30
7.891753
5.1000
12
8.540535
2.4000
31
8.540535
2.4000
13
9.073075
2.4000
32
9.073075
2.4000
14
9.260271
2.4000
33
9.260271
2.4000
15
9.605081
2.4000
34
9.605081
2.4000
16
9.935877
2.3800
35
9.935877
2.3800
17
10.154342
2.3800
36
10.154342
2.3800
18
10.797816
2.3600
37
10.797816
2.3600
19
11.390060
2.3600
38
11.390060
2.3600
顶层（第6层）的位移及加速度时程曲线如下图：
图9顶层位移时程曲线
图10顶层加速度时程曲线
题目2：
2.1减隔震技术工作机理
概括起来说，减隔震技术的工作机理有三条：
1、采用柔性支承延长结构周期，减小结构地震反应。
2、采用阻尼器式能量耗散元件，限制结构位移。
3、保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度。
2.2减隔震系统的组成
由减隔震技术的原理可知，一个完善的减震隔震系统应包含柔性支承、阻尼装置和构造措施三部分。
这三个部分可以分开设置，也可以结合为一体。
这三个部分为：
柔性支承装置、
阻尼装置、必要的刚度要求和构造措施。
2.3常用的减震隔震措施
1、支座措施
有分层橡胶支座、铅芯橡胶支座、滑动摩擦型减震支座及高阻尼橡胶支座等。
2、阻尼器措施
刚阻尼器、油阻尼器、摩擦阻尼器、软钢和合金阻尼器、铅阻尼器、粘弹性阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）和调谐液动阻尼器（TLD）等。
2.4减隔震方案
综合考虑结构、经济等各方面因素，本结构采用安装滑移支座及摩擦阻尼器，构成基础减隔震体系，来控制顶层结构在水平地震作用下的位移及加速度。
布置图如下：
图10阻尼器布置图
2.5方案工作原理及研究现状阐述
目前，房屋抵抗倒塌主要依靠结构自身的累积耗能和损坏来实现。
随着社会进步，即使能减少地震中人员的伤亡，但由结构破坏造成的直接和间接经济损失及其引发的次生灾害变得日益严重和难以承受，它极大地妨碍着社会发展。
20年来，世界上逐渐转向结构减震隔震的研究应用，已取得较好进展。
试验研究表明，通过适当的减震控制措施，在地震中特别是“大震”作用下，结构的地震作用可大大降低，能有效防御地震灾害。
在地震工程中，走抗震与减震相结合的道路，将是今后的发展趋势。
国内外经过对隔震体系的长期研究，特别是近20多年的试验研究、工程应用和真实地震考验证明，通过在结构底部设置隔震层，可有效减小水平地震作用，保护结构及内部设施在强震中的安全。
结构基础隔震体系是将结构底部设计为水平侧移刚度较小的柔性隔震层，并配置以一定大小的阻尼。
以减小地震作用及能量向上部楼层的传递。
这种隔震体系能够显著减小上部结构的水平绝对加速度和层间位移等地震反应，并大大降低其随机性；另一方面，这种减震性能又是以隔震层较大的水平位移为代价获得的，且位移反应与地震动有大致相当的随机性。
一般地，根据隔震消能机理及隔震层主要部件的不同，隔震体系有橡胶支座隔震、摩擦滑移隔震及混合隔震体系等。
上述几种隔震体系从本质上是一致的，不宜将其割裂开来。
首先，无论哪种隔震体系，隔震层在减震功能上均应满足下列四个基本要求：
一是要在侧移变形前后稳定地支承建筑物的自重，二是要能有效减少上部结构的地震作用．三是要减小隔震层位移幅值，四是要防止隔震层的水平位移变形在地震作用下向某一方向畸形发展，亦即减少残留位移。
在罕遇地震下，上述诸因素和要求更为重要，至关结构韵减震安全性。
其次，根据上述功能要求，任一隔震体系一般都应包括以下四类设备部件：
支座（或支承）、阻尼器、恢复力部件以及抗风稳定、必要的锁位限位等部件。
当然，这些部件的作用机理多样，型式上可以是分体式的，也可以合为一体。
很多国家对不同型式的隔震结构有侧重地进行了研究，大多集中在橡胶支座与铅芯阻尼组成的减震体系上。
我国自20世纪80年代后期以来，也加快了隔震研究，并根据世界上较成熟的内容，正在编制橡胶支座隔震设计规范、规程。
在基础隔震结构中，若阻尼器或支座采用滑移摩擦支座或滑移垫层，即为摩擦消能隔震体系。
当然，其恢复力部件可与橡胶支座隔震体系中的一样，或采用其它向心复位装置。
研究表明，滑移支座的阻尼极大，且其初刚度大．故在隔震中既能有效地消能，又能减小隔震层的水平变形，提高隔震层本身及上部结构的安全可靠性，并兼作抗风装置。
因此，滑移支座作为阻尼器和支座，在不同类型的隔震部件中具有良好的力学性能、减震效果和减震安全性。
在国际上，除采用橡胶支座和铅芯阻尼组成的隔震体系外，在隔震结构中设置摩擦阻尼器的基础滑移隔震体系也是目前一类典型的减震防灾技术。
早在20世纪初，就提出了建筑物滑移隔震的思想。
但直到70年代后期．才对滑移隔震展开多方面研究应用，并提出了一些典型的摩擦隔震体系，如EDF（Elee．trieitedeFrance）、R—FBI（Resilient—FrictionBaselsola．tor）、SR—F（SlidingResifient—Friorion）、FPS（FrictionPendulumSystem）等。
我国从20世纪80年代，也进行了该方面的研究，并已在大理、西安、独山子、太原等地建造了摩擦滑动隔震的试点工程，层数最高达到了9层（太原“玫瑰园”隔震住宅）。
在摩擦阻尼部件方面，国内也研究开发了有关摩擦支座及专利技术，如作者研发的“锁位式全封闭摩擦消能隔震支座”（专利号：
00234998．1）。
摩擦消能隔震的相关技术正在不断发展完善。
摩擦隔震的显著特点是能提供足够的阻尼耗能，从而有效减小结构反应及隔震层位移。
相比较地，根据对国内生产的有铅芯橡胶支座以及对一些已建的橡胶支座隔震建筑的分析，结构隔震层的总体等效粘滞阻尼比在多遇地震下发牛小变形时约25％一30％，设防地震下夫致为15％～25％，而罕遇地震引起较大变形时降为10％一15％左右。
若阻尼较小，且随位移的变化幅度大，则强震下容易导致大位移反应，对地震动特性的变化也较敏感，随机性增大，体系失效概率增大。
因此将滑移隔震作为一种隔震型式，利用滑移摩擦来提供较大的阻尼，并研究其地震反应是必要的。
基础隔震结构设置摩擦阻尼器的地震反应分析有其自身特殊性。
一方面，摩擦阻尼是一类大阻尼、强非线性问题，摩擦滑动前后之间的阻尼特性存在突变；另一方面，它与一般弹塑性恢复力相比具有显著特点，即摩擦力方向与相对滑移速度（或滑动趋势）方向一致，而与位移大小无关；且摩擦力大小还可随速度而变化，呈现出速变摩擦（Velocity—Dependent·
Friclion，VDF）的特点““。
因此，其动力反应的分析较为复杂，一般难以用解析法得到。
若采用数值法，需建立合理的计算模型，否则容易导致错误的结果。
作者对国外文献“1及其它文献的分析发现，其滑移反应分析结果有较大的误差，甚至出现错误。
本文旨在研究隔震结构设置摩擦阻尼器时的地震反应分析方法及隔震反应的特点和规律，并通过楼面反应谱对
摩擦滑动隔震反应中附加振动成分的影响进行分析。
2.6结论
对滑移隔震技术，国内外已做了较多工作，我国也正积极大胆尝试应用，这是令人欣慰的。
然而尚待深入研究的问题还很多，比如，性能优良的低摩擦材料的研制，支座钢件的防锈维护代替材料的开发，结构模型的振动台模拟地震检验，地基不均匀沉降时支座的自适应调节，层间隔震结构的研究，设计规程编制和软件开发等。
总的来说，人们比较普遍关注担心的问题是实际隔震中强地震作用下工作性能究竟如何?
这有待已有和新建隔震房屋经受实际地震考验。
随着人们认识的加深和社会发展，走抗震与减震相结合的道路是发展的必然趋势。
滑移隔震技术的优势是大提高了“大震”下的结构可靠性，并在地震设防区尤其是高烈度区可突破非减震时的层数等限制，不失为一个超规范研究的方向，其发展前景是广阔的。
目前该技术推广的主要障碍是造价问题。
若其它因素不变，只增设滑移装置，其造价比原造价约增加
10％～15％。
我国是个多地震的国家，若采取有关措施（如降低隔震装置成本、提高建筑效益或挖掘其它方面潜力等），使造价降到5％以下，则对面广量大的多高层砌体或底部框架结构在高烈度区推广这一技术是适合国情的，将会有效减轻地震破坏和倒塌，滑移隔震技术也将得以迅速发展。
参考文献
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人民交通出版社，2002
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中国建筑工业出版社，2001
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