非固結混凝土承台減震結構的動力模型及損傷機理研究

《非固結混凝土承台減震結構的動力模型及損傷機理研究》是依託上海大學，由楊巧榮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非固結混凝土承台減震結構的動力模型及損傷機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊巧榮
• 依託單位：上海大學

中文摘要

我國河北唐山及四川汶川發生的強烈地震造成了巨大的人員傷亡和財產損失，加緊構建特大地震作用下具有高抗震能力的城鎮建築結構體系已成為亟待解決的課題。本申請項目旨在建立非固結混凝土承台減震結構體系，通過基礎理論研究、動力模型試驗和數值分析等方法，系統地開展非固結混凝土承台與聚氨酯高阻尼材料複合減震層的本構關係及彈塑性滯回性能研究，提出考慮壓應力/應變/頻率等多因素效應的數學力學模型；研究非固結混凝土承台減震結構考慮水平雙向地震與豎向地震耦合效應的非線性分析模型，提出減震結構考慮衝擊效應的數學力學模型、反應譜分析理論以及相應的地震反應預測理論；特別是通過靜力及動力試驗和理論研究探索非固結混凝土承台減震結構在特大地震輸入下的性態特徵和損傷機理。本項目的開展對於提升我國城鎮民用建築的抗震安全性能具有重要的意義，符合國家城鎮建設發展和抗震防災規劃，項目將力求為非固結混凝土承台減震結構提供套用基礎理論。

結題摘要

1976年唐山及2008年汶川發生的強震造成了巨大的人員傷亡和財產損失，本項目針對城鎮多層及低層建築結構，提出一種新型建築減震體系即非固結減震結構體系的構想，針對該減震結構體系開展了地震作用下非固結減震結構的空間動力模型及損傷機理研究工作，主要研究工作內容和取得的研究成果包括：①針對非固結減震體系提出一種錐形非固結減震裝置，對裝置的關鍵參數坡度角及聚氨酯高阻尼材料複合減震層開展研究，設計並加工不同坡度角和減震層為氯丁橡膠、丁基橡膠、聚四氟乙烯等的錐形非固結隔震支座，對不同參數的支座進行水平力學性能試驗，研究坡度角、阻尼材料類型、阻尼材料厚度、載入振幅、載入頻率及高應力等對支座力學性能的影響，試驗結果表明非固結支座在多因素影響下具有穩定的力學性能，得到了不同坡度角、減震層材料支座的耗能能力及各種因素的影響規律。②基於不同坡度角非固結支座靜力試驗滯回曲線，採用ABAQUS軟體進行支座三維模擬，採用超彈性力學模型系統地開展非固結混凝土承台與聚氨酯高阻尼材料複合減震層的本構關係及彈塑性滯回性能研究，對支座的運動過程進行數值模擬，提出支座受力位移三階段的運動狀態，基於三階段的運動狀態提出考慮壓應力/應變/頻率等多因素效應的支座恢復力骨架曲線公式及簡化模型。③對採用非固結錐形隔震支座的縮尺1:4鋼框架結構模型進行了水平和豎向單向地震波輸入下的振動台試驗。通過輸入不同類型的地震波分析上部結構和錐形支座的地震反應。試驗結果表明，在8度和9度罕遇地震作用下，上部結構的加速度峰值比輸入加速度峰值增加10%-50%，與普通抗震結構相比具有較理想的減震效果。採用有限元軟體建模分析大震下非固結減震結構的動力回響，數值模型的地震回響與振動台試驗實測曲線較吻合，試驗與數值分析結果一致性良好。④基於錐形非固結支座的幾何特性，分析了非固結支座在地震作用下的衝擊效應，探討了衝擊效應在不同地震烈度、不同場地波下對結構回響的影響。採用有限元軟體模擬非固結隔震結構的地震回響，結合振動台試驗結果分析結構的衝擊效應，劃分兩種衝擊狀態並定義了衝擊放大係數，建立了非固結減震結構衝擊效應的判定標準。⑤針對錐形非固結支座不能承受拉力的特點，研究了罕遇地震下結構的抗傾覆可靠性，提出了三種非固結結構高寬比限值計算方法，分析不同烈度區、不同場地條件下結構的高寬比限值，給出了非固結隔震結構的抗傾覆驗算的計算依據。