框架結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計之抗震性能分析

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1、框架結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計之抗震性能分析(作者:運勝濤 陳亦仁  發(fā)表時間:2014年11月)  論文關(guān)鍵詞:隔震框架有限元  論文摘要:本文借助于有限元軟件ETABS對唐山市一隔震設(shè)計的醫(yī)院住院樓進(jìn)行了地震反應(yīng)分析,分析中采用了與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)相對比的方案,分析結(jié)果表明隔震結(jié)構(gòu)延長了結(jié)構(gòu)的周期,使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少,同時使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層,上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣,自身相對位移很小,結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)?! ?.引言  剛剛發(fā)生的汶川大地震奪去了我多少中華兒女的性命,其中絕大多數(shù)是因為房屋抗震設(shè)計不到位發(fā)生倒塌而引起的,筆者在原有抗震設(shè)計的基礎(chǔ)上對新的減震設(shè)計方案——

2、隔震設(shè)計進(jìn)行了研究。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過增強結(jié)構(gòu)本身的抗震性能像增強強度,剛度,延性來抵御地震作用的,即由結(jié)構(gòu)本身儲存和消耗地震能量,屬于被動消極的抗震對策。隔震設(shè)計是通過在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置形成隔震層,把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開來,利用隔震裝置來隔離或耗散地震能量以避免或減少地震能量向上部傳輸,以減少建筑物的地震反應(yīng),實現(xiàn)地震時建筑物只發(fā)生輕微運動和變形,從而使建筑物在地震作用下不損壞或倒塌。目前國內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件還不能模擬隔震支座,所以這里采用ETABS對實際結(jié)構(gòu)建模分析比較,結(jié)果表明隔震設(shè)計方案的抗震性能大大優(yōu)越與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計方案。同時,使用過程中發(fā)現(xiàn)

3、ETABS軟件具有強大的建模和分析功能,是從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的很好的分析軟件?! ?.工程分析案例  2.1工程概況  本工程為唐山市一醫(yī)院住院樓,地上八層,地下一層地下室層高2.4m,標(biāo)準(zhǔn)層及頂層層高3.3m,Ⅱ類場地,屬乙類建筑,設(shè)防烈度為8度(0.2g),設(shè)計地震分組為二組,抗震等級為二級。標(biāo)準(zhǔn)層平面圖如下所示:圖(1):標(biāo)準(zhǔn)層平面圖  構(gòu)件設(shè)計尺寸:柱:500×500梁:550×300板:h=120ETABS建模分析 ?。?)建模時初步采用兩種方案  首先建立無隔震支座的傳統(tǒng)抗震設(shè)計方案如圖(2),梁柱板構(gòu)件均采用與實際工程對應(yīng)的簡化單元,即梁柱采用線單元,板采用殼單

4、元,支座采用固支。建立相應(yīng)的分析模型?!          D(2):方案一支座固定  其次建立加隔震支座的消能減震設(shè)計方案如圖(3),單元選用同方案(1),支座采用橡膠隔振支座。圖(3):方案二基礎(chǔ)加隔振支座  建模過程中單位?。危恚恚瑸楸WC變行協(xié)調(diào)及合理的有限元分析對板進(jìn)行了邊界限制以及有限單元的網(wǎng)格劃分。其中,殼(SHELL)單元既具有彎曲能力,又具有膜力,可以承受平面內(nèi)荷載和法向荷載。本單元每個節(jié)點具有6個自由度:沿節(jié)點坐標(biāo)系X、Y、Z方向的平動和沿節(jié)點坐標(biāo)系X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動。而模擬梁柱的線單元是一種可用于承受拉,壓,彎,扭的單軸受力單元,這種單元在每個節(jié)點上有

5、六個自由度,x,y,z三個方向的線位移和繞x,y,z三個軸的角位移,。需要輸入的數(shù)值有截面尺寸,彈性模量,泊松比等。在地震作用下隔震結(jié)構(gòu)的上部變形很小,所以梁柱和樓板均采用彈性分析,單元彈性模量輸入混凝土的彈性模量?! 。?)隔震支座的選型與布置本方案采用基礎(chǔ)隔振,,隔震層設(shè)置在建筑物的最下層,即基礎(chǔ)頂面。對于本案例每根框架柱下均施加隔震支座。隔震支座采用多層橡膠支座,該橡膠支座設(shè)計成與柱具有同等程度的豎向剛度,因此對于上下地震動,隔震和抗震建筑物具有相同的地震反應(yīng)。另一方面,對于水平地震動,隔震層的水平剛度設(shè)計的較低一些,這樣會使隔震建筑的地震輸入大幅度降低。因為建筑物的

6、損壞、內(nèi)部物體的移動翻到,主要由于水平震動、或水平與豎向震動共同作用,因此即使在上下震動很大的直下型地震時,與抗震建筑相比,隔震建筑的損壞也會較小。在ETABS軟件中用滯回隔震器:isolator1來模擬橡膠隔震支座。這種連接單元對于兩個剪切變形有耦合的塑性屬性,且對其他4個變形有線性的有效剛度屬性。對每一個剪切變形自由度,可以獨立的指定線性或非線性的行為。對于軸向變形和3個彎曲變形,其屬性只能是線性屬性。本案中對此單元的設(shè)計參數(shù)為:其屬性如下:U1方向,垂直(軸向)設(shè)為較大剛度=1.8x109N/m,有效阻尼為0;U2方向,(線性)有效剛度=1.6x106N/m,有效阻尼

7、為0;(非線性)初始抗剪剛度=1.8x107N/m,剪屈強度=1.8x105N,屈服剛度初始剛度比=0.1;U3方向的設(shè)置同U2。(作者:運勝濤 陳亦仁  發(fā)表時間:2014年11月) ?。?)地震反應(yīng)分析  本案對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行時程分析,輸入EICentroNS1940雙向(X,Y)地震波,持續(xù)時間為30s,根據(jù)規(guī)范要求時程分析時要對地面加速度峰值需要調(diào)整比例系數(shù)。因為選用地震記錄時要注意使其加速度峰值與抗震規(guī)范中基本烈度的相應(yīng)值協(xié)調(diào)。根據(jù)本地區(qū)處于8度區(qū),地震基本加速度為0.2g,而選擇的地震波的峰值為341.7

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