层间隔震结构工作机理研究2006

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收稿日期： !$$";$<;=" ； & 修订日期： !$$";$>;=$ & & 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ >$<?%$!$ ） ； 福建省青年人才创新基金项目 （ *@!$$! ; <! ） & & 作者简介： 祁皑 （ =A"#; ） ， 女， 教授， 主要从事结构抗震与减震方面的研究8
! # 层间隔震结构动力分析模型和振动方程的建立
! $ !" 层间隔震结构动力分析模型简述
［ %， &］ 目前， 在层间隔震结构的设计与研究中， 采用的计算模型主要有以下三种 ：
（! ） 两质点模型# 将隔震层上部 （ 含隔震层） 结构和隔震层下部结构分别简化成一个质点， 得到两个质 点计算模型。这种模型形式简单， 且突出了层间隔震结构的主要影响参数， 特别适用于层间隔震结构的参数 分析。 由于隔震层的水平刚度比上部结构的层间刚度小得多， 试验研究表明， 地震时， 结构水平变形绝大部分 集中在隔震层上， 上部结构本身的变形相对较小， 且接近于整体平动状态， 故假定隔震层上部结构为一单质 点体系； 对于隔震层下部结构， 采用一个约束条件、 刚度与隔震层下部结构完全相同的单质点体系进行等效， 使单质点体系的自振频率和原体系的基本频率相等。 （" ） 三质点模型# 将隔震层上部结构、 隔震层及隔震层下部结构分别简化成一个质点得到三质点计算 模型。与两质点模型不同的是， 三质点模型将隔震层单独作为一个质点考虑。 （%） 多质点模型# 将结构每一层当作一个质点， 得到多质点的计算模型。这种模型能直观、 且较为准确 地反映层间隔震结构各层的动力反应， 适用于对某个具体结构的设计和时程分析。 ! $ #" 层间隔震结构振动方程的建立 基于以上分析， 本文将层间隔震结构的多质点层剪切模型 （ 图 !’） 简化为图 ! （ (） 所示的模型。
层间隔震结构工作机理研究
祁& 皑，林云腾，郑国琛
（ 福州大学 土木建筑工程学院， 福建 福州 <>$$$! ）
摘要： 本文建立了层间隔震结构动力分析模型， 对层间隔震结构地震反应的主要影响系数进行了分 析。结果表明： 在一定的频率比范围内， 当隔震层的位置较高时， 隔震结构下部位移和上部加速度均 显著减小， 表现出与 *C2 相似的工作机理； 当隔震层的位置较低时， 隔震结构下部位移和上部加速度 均变化不明显， 其工作机理与基础隔震相似。隔震层的阻尼比对层间隔震结构的减震效果也有较大 影响， 阻尼比越大， 减震效果越好。 关键词： 层间隔震； 质量比； 阻尼比； 频率比； 刚度比； 减震效果 中图分类号： D<=>8 A"" & & & 文献标识码： (
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祁- 皑等： 层间隔震结构工作机理研究
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上部、 下部结构的质量比为： ! ! "! # "" 上部、 下部结构频率比为： " ! #! # #" 令 $" 、 $! 分别为下、 上部结构的绝对水平位移， 故： % %" ’ & %% $" ! & % %" ’ & %! ’ & %% $! ! & 将式 （!） 、 （’） 及 （#） 代入式 （"） ， 并简化得： % " ’ ! $" #" & ( " ’ #" ! &" ) ! !$! #! & ( ! ) !#! % & ! &! ! ) & % （$） （&） （#）
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式中， !! 、 !" 分别为下部结构的等效质量和上部结构的总质量； (! 、 (" 分别为下部结构的等效刚度和隔震层 " + 为地面运动加速 的水平刚度； %! 、 %" 分别为下部结构的等效阻尼和隔震层的阻尼； #! 、 #" 分别为层间位移； # 度。 " + 9 / * !* 。 设层间隔震结构所受的外荷载为简谐地震作用， 且# 定义下部、 上部结构的自振频率分别为 " !! ) ( ! + !! （"） " !" ) ( " + !" 下部、 上部结构的阻尼比分别为
第 !" 卷 第 # 期 !$$" 年 % 月
地& 震& 工& 程& 与& 工& 程& 振& 动
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# # # # # # 地# 震# 工# 程# 与# 工# 程# 振# 动# # # # # # # # # # # # # # # # "; 卷
［ !， "］ 作为一种新型的隔震形式， 层间隔震结构的工作机理研究还不很充分 ， 工程应用经验还比较少。本
文通过分析层间隔震结构的影响参数， 对层间隔震结构的工作机理进行了较为系统的研究。
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由随机振动分析方法， 设其均方谱密度函数为理想白噪声， 即 /& #）) // 。设结构层间位移 &" 和 &! 的 %（ % 功率谱密度函数分别为 / &（ 、 / &（ ， 则位移响应均方值表达式为;（ +） ］! / "
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图 !# 层间隔震结构模型图 )*+$ !# ,-./0 -1 23-45 *2-0’3*-6 23478374/
在线弹性情况下， 由图 ! （ (） 计算模型的振动方程为： " ! $ %! # & ! ’ %" # & " $ ( ! # ! ’ ( " # " ) ’ !! # "+ !! # " " & " !（ " #! $ #" ）$ %" #" $ (" #" ) ’ !" # +
引言
近十几年来， 基础隔震技术的研究与应用已取得了很大进展。我国已将基础隔震结构的设计纳入 《建 筑抗震设计规范》 （ 04>$$= ; !$$= ） ， 并已有许多工程实例。新近出现的层间隔震结构是将隔震层设置在结 构某层柱顶或剪力墙顶， 对结构进行地震反应控制。层间隔震方式适用于以下几种工程： （= ） 为了防止海水侵蚀而提高隔震层位置的近海结构； （!） 需要保持建筑物原貌的旧有结构的抗震加固； （<） 地形复杂， 坡地等建筑场地； （#） 底部框架， 上部塔楼结构， 将隔震层放在塔楼底部。
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