17橡胶垫隔震结构弹塑性动力分析.pdf

第33卷第1期
建筑结构
2(003年1月
橡胶垫隔震结构弹塑性动力分析
张玉良汪洋张铜生
(清华大学:木工程系北京100084)
提要]采用HB"TA2.0程序,对我国泊栋橡胶拠瞄震结构进行双向地震波作用下的弹塑性动力分析。分析
结果表明,隔震装留的水平变形和耗能能力可以大大减轮地震对结构的影响。最后,对橡胶垫隔震结构的动
力分析及程应用提出了有益的妣议
关键词]橡胶垫隔震弹塑性动力分析HBTA2.0
Elasto-plastic dynamic analysis for the first structure with rubber bearings base-isolation system in China is performed
by the program HBA2. 0. he structure is assumed to be under bidirectional earthquake waves. According to th
sults, the seismic response of the structure is significantly reduced by the distortion and energy dissipation ability of the
basc-isolation system. At last, sorc suggestions are offered on the dynamic analysis and application of structures with
rubber bearings base-isolation system
Keywords: rubber bearings; base-isolation; elasto-plastic dynamic analysis; HBTA20
0060003400
风
利用隔震装置较大的水变形和耗能能力,隔震
结构可以大大减轻地震对结构的影啊,使结构抗震从
位移
传统的“硬抗”变成“软耗”。在各种隔震装置中,应用
最为广泛的是针芯叠层钢板橡胶垫,其特点是具冇较
高的轴向抗压刚度及较小的水平抗侧移刚度。
x320000040003600300
应用隔震结构弹塑性动力分析程序HBTA2.0「1
图1油头市隔震片屋
图2橡胶垫単水平力
标准层平面
作用下的恢复力曲线
(HBTA(2的升级版木)対我国第·栋隔震房屋进行了
分析。序采用杆系-层模型,能同时输入多维地蔵波
房屋构件截面尺」(mm)
进行计算。在HBTA2.0中,橡胶热采用经收进的能考
构件楼层
抗震房
隔震房屎
虑双向力利位移相五耦个的蝉塑性恢复力模型,被视
为特殊的柱单元。程序还能考虑上部结构和下部隔震
500×550
350×550
400×550
层阻尼不同的影响1。
6,7
350X450
、工稈概沈
350×400
350×350
250×650
200×500
1993年9月,我国第一栋采用橡胶垫隔震技术的
6~8
250×550
200×500
多层隔震房屋34在广东省汕头市竣に。该房屋是
栋8层钢筋混凝框架结构的商住楼,房屋平面见图为20gal
。两种橡胶垫的位置见图中编号T,Ⅱ。
根摒图2所示橡胶垫力学性能试验出线,按文[1
隔震房的首层是商场,层高3.6m,其余各层均所述方法得倒两种橡胶垫的各项性能参数,见表2。
为住宅用房,层高3.0m;片屋共8层,地面以上高度为值得注意的是,该结构中使用的炳类橡胶垫的阻尼比
24.6m。为便于进行技术比较,在j该震房屋相距都偏小,为10%左右。日前程常用的橡胶垫阻尼比
16m处建造了一栋按常规方法设计的、上部结构平立则人都在20%左右
面布置与隔震房屋完全相同的普通抗震房屋。但?栋
为了更直观地说明使用橡胶支座的隔震效果,虚
房屋的构件截面与配筋不同,隔震房屋的构件要弱很拟了一脑震结构,方法是在抗震结构底部直接加上橡
多,构仆断面尺寸见表1,共余结构参数见文L3],L4]。胶支座,而不改变结构的构件尺寸和配筋,这样得到的
场地土为ⅢI类,场地特征明为0.51s。汕头市为隔歳结构与抗震结构更加具备可比性。先比较抗震结
地震区,设防烈废为8度,设防烈度下场地最人加速度构直接加橡胶的隔震结构在地震作用下的反应时
4
程,然后给出构件截面减小的实际隔震结构在地震作上楼层相比要大很多:2)隔震结构与抗震结构相比,各
用下的反应
钢筋混凝上楼层的层问位移都有显著减小,有的楼层
层间位移甚至減小ー半多。抗震结构与層定结构的最
橡胶垫性能参数
表
大层间位移角都满足规范襲求的1/50之内。由此可
橡胶垫类
竖向刚度(N/m)
5.57×10
8.06×10°
见,橡胶垫虔层充分发挥了其大变形、消耗地震能量
等效水半刚度(N/m)
1.17×10°
1.86×10°
的作用,使得上:部结构的地震反应明显减轻。
初始刚度Ka(N/m)
4.10×10
8.18×10°
出服后刚度K(N/m
5.42×1051.06×10
抗震房星与隔震房屋层间位移峰值対比(mm)表4
滞回坏与纵轴交点F(N)
3.56×1047.11×104
楼层
方向
y方向
恢复力出线形状参数
抗震片屋「隔震房屋「抗震房屋隔震房屋
灰复力曲线形状参数F,(N)
3.56X10
7.11X10
5.05
2.32
10.84
4.68
阻启比
10%
10%
7.50
15.33
6.47
柲限向承载力(N)
7.16×10
1.11×10
4.43
7.46
6.97
6.04
抗巖房屋与直接加橡胶垫隔震房屋的地震反
应对比
7.12
4.55
16.18
在抗震房屋底部直接加上橡胶垫后,同时增设了
能层梁板体系,震层梁的断而取300×700
3.93
10.96
4.22
92.95
1.结构动力特性对比
用HBTA2.0计算得倒抗震房尽和定房屋在弹
(2)楼层最大绝対加速度
性阶段的周期和振型,問期让计算结果见表3。隔震结
抗结构和隔農结构在·一
构和抗震结构相比,各阶周期都有明显増长,离场地的时程反应过程中y方向的
∠抗结构
特征周期较远,从而能够避开地震动的主频段,械轻大楼层加速绝对值见图3。
构的地震反应。
隔震结构j抗震结构相比,各
绝对加速度峰值(m/s
抗震房屋和隔震房屋的白振周期(s)表3层的最大加速度明显減小,水
抗震房屋
隔震房屋
实际隔茂房屋
方向顶尽加速度峰伯都衰
图3y方向绝对加速度
阶数
峰值对比
0.8499
1.7387
1.8308
減了大约1/2。