強地震場下高層隔震結構的倒塌破壞模式及控制研究

《強地震場下高層隔震結構的倒塌破壞模式及控制研究》是依託上海大學，由劉文光擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：強地震場下高層隔震結構的倒塌破壞模式及控制研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：劉文光
• 依託單位：上海大學

中文摘要

我國汶川5.12地震後對建築物的抗震性能提出了更高要求，未來十年內高層隔震結構的建設會得到迅速發展。強地震場下高層隔震結構的損傷機理及破壞倒塌模式已成為高層隔震結構亟待解決的研究課題。本項目旨在研究高層隔震結構的倒塌破壞模式和控制等基礎性內容：通過研究強地震場複雜受力條件下隔震層及隔震支座的損傷演化規律，建立高層隔震結構隔震層及隔震支座的損傷細觀和巨觀動力模型；通過研究土/基礎/隔震層/上部結構之間的損傷耦合效應，建立多維強地震場下考慮結構-介質動力耦合效應、損傷力學特性、地震非平穩隨機過程的高層隔震結構地震分析方法；通過研究強地震場作用時高層隔震結構的損傷機理和倒塌破壞機制，建立高層隔震結構動力災變全過程的精細數值模擬方法。本項目的研究將揭示高層隔震結構的損傷機理和倒塌破壞模式，掌握其性態特徵和倒塌控制策略，對高層隔震結構的發展具有普遍意義與重要的學術價值，有利於推動高層隔震技術的發展。

結題摘要

本項目研究了高層隔震結構的倒塌破壞模式和控制等基礎性內容，具體研究內容和工作成果包括：①開展了直徑從600mm到1000mm原型隔震支座力學性能的損傷試驗研究，依據試驗的調查結果，總結了支座的損傷類型，確認了支座損傷破壞的判別條件；研究了強地震場複雜受力條件下隔震層及隔震支座的損傷演化規律，建立了隔震支座的損傷精細化模型，模擬了鉛芯橡膠支座實體模型在水平變形到達極限變形狀態時破壞失效現象，以及建立了鉛芯橡膠隔震支座考慮損傷的四線段巨觀恢復力模型；建立了高層隔震結構動力災變全過程的精細數值模擬方法，分析了隔震層單個、多個及全部隔震支座失效的結構動力回響。②提出了高層隔震結構倒塌分析的地震動強度指標(IM)，分析了不同地震強度指標與最大變形的相關性，建立了適用於高層隔震結構倒塌性能分析的數學模型，基於基底剪力及能量等效原則來建立簡化分析模型與原結構模型之間的轉換關係及簡化模型的參數取值，並提出了基於單質點及雙質點模型的地震回響簡化分析方法-單純質點法，考慮了具有偏壓豎向剛度概念的隔震層轉動剛度，建立了高層隔震結構簡化平動加擺動多質點模型，基於隔震支座的等效剛度和等效粘滯阻尼比建立了高層隔震結構的動力方程。採用狀態空間法和虛擬激勵法分析了考慮隨機地震作用的高層隔震結構倒塌機率性能。③提出了一種新的表征滯回耗能的顯式能量譜模型，該模型基於新的參數-特徵滯回耗能係數來反映滯回耗能、屈服力係數及延性係數之間的關係。建立了非彈性單自由度(SDOF)系統的總輸入能量的等效速度比譜模型，基於提出的能量譜模型及能量平衡原理預測了非彈性單自由度系統的最大位移值。基於等效速度比譜模型及等效單自由度模型建立了近遠場地震作用下三維高層隔震結構抗倒塌性能的多模態評估理論，採用評估方法分析了三維建築結構隔震結構在44條遠場地震波和20條近場地震波的抗倒塌能力。④開展了模型比例1/30、模型總重25t的複雜隔震結構地震模擬振動台損傷試驗研究，模擬了隔震層1/3支座在強地震場作用下退出工作時結構動力回響，測試了模型在多遇地震、設防地震、罕遇地震及超大震作用下的地震回響，觀測了隔震支座及主要抗側構件在地震作用下的破壞形態，掌握了強地震場作用時高層隔震結構的損傷機理和倒塌破壞機制。提出了強震下隔震層變形過大的承台限位和阻尼器限位控制方法。結合高層隔震建築實際工程，研究了不同限位裝置及受力條件下高層隔震結構