加層隔震結(jié)構(gòu)隔震支座參數(shù)優(yōu)化和試驗(yàn)探究

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1、加層隔震結(jié)構(gòu)隔震支座參數(shù)優(yōu)化和試驗(yàn)探究摘要：研究外套加層隔震體系在對老舊砌體房屋改造過程中鉛芯疊層橡膠隔震支座(LRB)的參數(shù)優(yōu)化配置問題，并對參數(shù)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的彈塑性進(jìn)行數(shù)值分析和試驗(yàn)研究。選取隔震層的屈重比作為隔震支座的控制參數(shù)，建立模型分析隔震層在不同屈重比下結(jié)構(gòu)的基底剪力和隔震層位移。分析表明加層隔震結(jié)構(gòu)的隔震層存在一個最優(yōu)的參數(shù)范圍使得結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)最小，結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性后，仍能發(fā)揮較好的隔震效果。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)參數(shù)優(yōu)化的層間隔震結(jié)構(gòu)隨著地震輸入幅值的增加，隔震層上部結(jié)構(gòu)的調(diào)諧作用越強(qiáng)，其隔震效果越明顯，當(dāng)結(jié)構(gòu)震損后隔

2、震效應(yīng)依然存在，但隔震效果小于未損傷的模型，與理論相符合。關(guān)鍵詞:加層隔震；參數(shù)優(yōu)化；屈重比；TMD效應(yīng)中圖分類號：TU352.12；TU311.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10044523(2013)05072210引言基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)自2001年被納入中國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》以來，針對基礎(chǔ)隔震體系的研究越來越成熟。層間隔震體系是對基礎(chǔ)隔震體系的進(jìn)一步發(fā)展[1],將隔震支座設(shè)置于某層柱和樓板之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制。疊層橡膠鉛芯支座（LRB）是目前工程界普遍應(yīng)用的隔震元件［2］,在普通疊層橡膠支座（RB）中灌入鉛芯而成，鉛的屈服力低，

3、再結(jié)晶能力強(qiáng)，當(dāng)支座發(fā)生反復(fù)的剪切變形時具有很好的消能能力，將隔震、消能與限位等諸多功能結(jié)合在一起。然而LRB是一種強(qiáng)非線性的隔震元件，LRB的滯回消能特性主要由其屈服剪力、初始剪切剛度和屈服后剛度所決定。層間隔震結(jié)構(gòu)工作機(jī)理比較復(fù)雜，較小的隔震層剛度可能有效控制隔震層上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，卻有可能放大下部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)［3］。如何合理優(yōu)化這些參數(shù)，使結(jié)構(gòu)總體地震響應(yīng)最小，是進(jìn)行層間隔震設(shè)計(jì)的重要問題：4］o利用加層隔震技術(shù)對老舊砌體房屋進(jìn)行加固是一種較新的加固方式［5］,采用外套預(yù)制混凝土墻片對原砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，并利用加層隔震技

4、術(shù)在原房屋頂部增加樓層以提高城區(qū)的土地利用率，可達(dá)到施工便捷與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。這種特殊結(jié)構(gòu)體系在隔震設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以達(dá)到最好隔震加固效果［6］。本文針對這種新型的隔震加固體系，提出了LRB的參數(shù)優(yōu)化方案，以實(shí)際工程項(xiàng)目為依據(jù)建立了不同隔震層參數(shù)下的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，分析不同隔震層參數(shù)下結(jié)構(gòu)的地震動反應(yīng)，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，并進(jìn)行了相關(guān)的彈塑性分析和試驗(yàn)研究，檢驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化后的隔震加固效果。1LRB恢復(fù)力模型的選取現(xiàn)有的LRE恢復(fù)力模型中，比較常見的有雙線性模型、修正雙線性模型、BoucWen模型等。采用雙線性模型與修正的雙線性模

5、型進(jìn)行隔震計(jì)算時，會存在以下兩個缺陷：（1）屈服后剛度和卸載剛度與試驗(yàn)曲線都不太一致，特別是過低評價卸載剛度，將會過低地評價高階振型激發(fā)的加速度反應(yīng)值；（2）內(nèi)滯回曲線不耗散能量，這與試驗(yàn)結(jié)果不符，可能低估隔震效果。BoucWen模型能夠很好地模擬橡膠支座的非線性強(qiáng)化，同時適用于高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000和ETABS等采用簡化后的BoucWen模型來模擬鉛芯橡膠支座。本文利用有限元軟件ABAQUS對隔震模型進(jìn)行地震作用下的彈塑性分析，以檢驗(yàn)其進(jìn)入塑性階段后的隔震效果。RambergOsgood模型適用

6、于模擬高阻尼橡膠隔震支座。日本免震協(xié)會將修正雙線性模型與RambergOsgood模型組合來模擬鉛芯橡膠支座，該模型在各個方面（等效剛度、等效阻尼、能量耗散等）與試驗(yàn)結(jié)果取得了很好的一致性。該模型骨架11線與修正雙線性模型相同，滯回曲線加載段采用雙線性模型、卸載段采用RambergOsgood模型。其滯回曲線如圖1所示。在綜合比較了各個恢復(fù)力模型的優(yōu)劣后，通過組合使用TRUSS單元與用戶材料子程序UMAT,在ABAQUS中開發(fā)了修正雙線性+RambergOsgood模型。圖2為ABAQUS數(shù)值模擬的LRB支座滯回曲線，圖3為試驗(yàn)實(shí)

7、測LRB滯回曲線，可以看出，開發(fā)出的修正雙線性+RambergOsgood模型與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好?？梢钥闯觯?1)7層隔震模型與5層加固模型的樓層加速度在多遇烈度輸入下相當(dāng)；隨著地震輸入量級的增加，其隔震減震效果越來越明顯；7層隔震模型的樓層加速度小于5層加固模型。(2)隔震方案不論對下部混凝土加固砌體還是上部加層鋼框架都非常有利。7層隔震模型上部框架部分的樓層加速度遠(yuǎn)小于7層非隔震模型；7層非隔震模型的頂部鋼框架部分有明顯的鞭梢效應(yīng)。(3)結(jié)構(gòu)震損前數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致。結(jié)構(gòu)震損后，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化的隔震支座仍能發(fā)揮一定的隔

8、震效果，其砌體部分的加速度仍然小于5層加固結(jié)構(gòu)，與彈塑性分析的結(jié)果一致。(4)結(jié)構(gòu)在震損后，隔震模型對隔震層上部的結(jié)構(gòu)地震力仍然有減小的作用，但隔震效果小于未損傷的模型。由于模型損傷后下部結(jié)構(gòu)的剛度發(fā)生較大變化，按原來未損傷結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化的隔震層的隔