钢筋混凝土异形柱框架结构的基础隔震分析-结构工程专业论文.docxVIP

第 1 章 绪论 河北工程大学硕士学位论文  PAGE 69  PAGE 68 第 1 章 绪论 1. 1 引言 在地球上，一年中会发生 500 多万次地震，而大约只有 5 万次是人们可以 感觉到的，其中约有 20 次地震会造成严重破坏[1]。地震是人类社会面临最严重 的自然灾害之一，近十年来，全世界平均每年约有一万人在地震中丧生，50 万 人无家可归，直接经济损失高达 100 亿美元。2008 年 5 月 12 日，四川省汶川发 生 8.0 级地震，69179 人遇难，18222 人失踪，受灾人口达 4624 万，直接经济损 失 8451 亿人民币。2010 年 4 月 14 日，发生在青海省玉树县 7.1 级地震，造成 2187 人遇难，80 人失踪，12135 人受伤，直接经济损失 6.7 亿人民币。据统计近 20 年来，我国大陆地区发生的中强度破坏性地震 320 次，死亡 50 多万人，倒塌 房屋 1.5 亿多平方米，直接经济损失 1350 亿美元。而且随着我国城市化进程的 发展，人口和财富及基础设施向城市高度集中，地震造成的后果更加严重，因此， 如何有效减轻地震灾害，保护人类生命财产安全，成为国人和全世界关注的焦点。 1. 2 课题研究意义 近年来全球发生过多次破坏力较大的地震。我国是一个地震灾害严重的国 家，地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广。目前，我们仍然没有精确的方 法对地震进行预测预报，也没有有效的措施防止地震的发生。我们只能通过工程 上的措施，将房屋、公路、铁路、桥梁等建筑建造的更加牢固，在地震发生时， 尽可能避免或减少地震造成的人员伤亡和经济损失。如 2001 年 3 月在美国西雅 图发生的 7 级地震，房屋没倒 1 间，人员没死 1 个。这不能不说明地震是无法避 免的，但完全可以通过工程上的措施来抵御，使得地震和房屋倒塌这两个概念不 再连在一起。 地震是一种随机的具有巨大破坏力的自然灾害。按照现行抗震规范设计[2] 的建筑结构是通过加强结构的强度、刚度和延性来耗散地震能量，一旦破坏难以 恢复,这本身是不经济的，而且是消极的，对于一些难预测的强烈地震作用和一 些复杂的建筑结构，这种方法很难达到理想的抗震效果。随着高科技材料的研究， 一些土木工程的专家学者在机械振动的启迪下，把目光聚集到能将一小部分地震 能力传递到上部结构的隔震技术。隔震方法是在建筑物的基底或某个位置设置隔 震支座来隔离或耗散地震能量，以减少地震能量向上部结构的传输,使结构振动  反应减小，从而保障建筑物的安全。结构隔震体系是指在结构物底部或某层间设 置隔震装置而形成的结构体系，它包括上部结构、隔震层和下部结构三部分[3]。 典型的隔震体系如图 1-1 所示。 图 1-1 隔震体系示意图 Fig.1-1 Schematic plot of shock isolation system 目前，随着生活条件的大幅度提高，居民对住宅有着更高的要求，传统的矩 形柱框架结构存在着很多的缺点和不足，不仅不够美观，而且空间使用率不高， 相对矩形柱框架结构，异形柱框架结构具有美观，空间利用率高和布置多样性等 优点，很适合住宅建筑，逐渐得到广大居民的认同。然而异形柱框架结构具有整 体刚度比较大、柱子截面不规则、节点核心区薄弱、混凝土保护层脱落后截面削 弱严重等缺点，严重影响结构抗震性能，将基础隔震技术应用于异形柱框架结构， 可大大提高结构的抗震性。 隔震异形柱框架结构主要把异形柱框架结构体系和基础隔震技术结合起来， 这样一方面可以体现异形柱框架结构体系的优点，提高结构的抗震性能，增加建 筑的安全性，另一方面，由于上部结构地震作用的减弱，结构本身的抗震措施可 以大大减少，从而达到降低房屋建造费用和改变房屋使用功能的目的。 该课题根据隔震支座和钢筋混凝土异形柱框架结构体系的特性及相互间的 影响，建立三维非线性有限元分析模型，选用 El-centro 波和天津波对整体结构 进行了设防烈度和罕遇地震作用下的非线性时程分析，得到基础隔震后异形柱框 架结构的减震效果及地震反应特点，并分析了 8 度隔震结构与 7 度非隔震结构的 受力变形特点。另外在不同地震波作用下，改变隔震支座的刚度和阻尼比，利用 有限元软件 SAP2000 对隔震异形柱框架结构进行非线性时程分析。同时又阐述 了基础隔震结构的设计内容和方法，并对隔震异形柱框架结构和非隔震异形柱框 架结构进行了经济性分析。  1. 3 隔震异形柱框架结构体系的研究概括 1. 3. 1 基础隔震技术的发展与现状 基础隔震是在美国兴起，在日本发扬光大的一种抗震技术，在 1970 年以后， 新西兰学者研发出铅芯橡胶隔震支座，从此隔震技术得到世界关注。日本是一个 多震的国家，其隔震技术一直领先于世