大跨網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)的三維復(fù)合隔震研究

本項目針對大跨空間網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)的三維動力特性和地震響應(yīng)的多向隨機性特點，研究屋蓋結(jié)構(gòu)的三維復(fù)合隔震。研制適合于大跨空間網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)的三維復(fù)合隔震支座，支座的水平隔震采用聚四氟乙烯摩擦滑移裝置與水平復(fù)位、限位裝置串聯(lián)，豎向隔震采用圓柱形螺旋彈簧或環(huán)行彈簧。重點探討：水平摩擦滑移裝置的摩擦系數(shù)與豎向動力荷載變化間的關(guān)系；兩向水平荷載作用下，滑移摩擦裝置滑動面上的兩水平方向摩擦力與位移間的耦合關(guān)系；及豎向初始剛度的選擇等問題。對復(fù)合支座進行試驗，基于試驗研究與理論分析，建立復(fù)合隔震支座的力學(xué)模型，確定主要參數(shù)的計算方法或給出實用曲線?；谥ё牧W(xué)模型與網(wǎng)格屋蓋的動力特性，開展三維復(fù)合隔震支座的應(yīng)用研究，建立三維復(fù)合隔震理論與分析方法，通過參數(shù)優(yōu)化提出實用的設(shè)計方法與建議，為支座應(yīng)用于工程實踐創(chuàng)造條件。本項目的研究成果對大跨網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)的抗震防災(zāi)及推動我國空間結(jié)構(gòu)振動控制發(fā)展水平具有積極意義。 2100433B

項目重點研究了大跨隔震結(jié)構(gòu)考慮地震動空間效應(yīng)的影響，通過理論分析與振動臺試驗研究，分析了隔震大跨空間結(jié)構(gòu)在多點地震激勵下的地震響應(yīng)特征。近年來，支座隔震技術(shù)逐步應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由于隔震層的存在，導(dǎo)致現(xiàn)有計算方法無法適用于隔震結(jié)構(gòu)多點地震激勵下的地震響應(yīng)分析。項目針對隔震空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)超長、大跨的特點，基于理論分析與振動臺模型試驗，確定了多點地震激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)特征。理論方面，針對隔震結(jié)構(gòu)的非線性問題，重點解決結(jié)構(gòu)動力方程中的支座變剛度與非比例阻尼問題，提出剛度和阻尼等效準(zhǔn)則，實現(xiàn)動力方程的直接求解，并進行算法研究，編制相應(yīng)的計算程序。試驗研究方面，基于振動臺臺陣模型試驗，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點地震輸入下的動力特性和響應(yīng)特征，重點考察地震動激勵、支座的剛度和阻尼變化對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并驗證理論模型的合理性。最后基于理論分析與試驗研究，利用數(shù)值模擬進行參數(shù)分析，建立多點地震激勵下隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的實用分析方法。 2100433B

研究表明，大跨結(jié)構(gòu)在抗震分析時要考慮地震動空間效應(yīng)的影響。近年來，支座隔震技術(shù)逐步應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由于隔震層的存在，導(dǎo)致現(xiàn)有計算方法無法適用于隔震結(jié)構(gòu)多點地震激勵下的地震響應(yīng)分析。項目針對隔震空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)超長、大跨的特點，基于理論分析與振動臺模型試驗，以期建立多點地震激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法，并系統(tǒng)研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)特征。理論方面，針對隔震結(jié)構(gòu)的非線性問題，重點解決結(jié)構(gòu)動力方程中的支座變剛度與非比例阻尼問題，提出剛度和阻尼等效準(zhǔn)則，實現(xiàn)動力方程的直接求解，并進行算法研究，然后編制相應(yīng)的計算程序。試驗研究方面，基于振動臺臺陣模型試驗，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點地震輸入下的動力特性和響應(yīng)特征，重點考察地震動激勵、支座的剛度和阻尼變化對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并驗證理論模型的合理性。最后基于理論分析與試驗研究，利用數(shù)值模擬進行參數(shù)分析，建立多點地震激勵下隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的實用分析方法。

橡膠墊隔震技術(shù)是一種安全有效的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)，但該技術(shù)應(yīng)用于大高寬比三維隔震結(jié)構(gòu)時，如何解決結(jié)構(gòu)的傾覆問題至關(guān)重要。本項目將對考慮三維隔震的大高寬比結(jié)構(gòu)的抗傾覆機理進行研究。在分析大高寬比三維隔震結(jié)構(gòu)傾覆機制的基礎(chǔ)上，首先基于申請者前期研究改進一種三維隔震抗傾覆裝置，該裝置既能同時實現(xiàn)水平和豎向隔震功能，又具有抗傾覆能力。并進行裝置的力學(xué)性能試驗，分析影響裝置水平、豎向承載力和剛度的參數(shù)，研究其力學(xué)行為，進而建立裝置的力學(xué)模型。其次建立應(yīng)用該類裝置的大高寬比三維隔震結(jié)構(gòu)的初始計算模型，進行數(shù)值分析研究高寬比限值和三維隔震以及抗傾覆各特征參數(shù)之間的關(guān)系，研究最不利荷載作用下以及單維和多維激勵下，高寬比逐步增大時，結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性。隨后設(shè)計一大高寬比模型結(jié)構(gòu)，進行振動臺試驗，對比試驗和數(shù)值分析結(jié)果，并最終修正結(jié)構(gòu)的初始計算模型。本項研究將豐富建筑隔震的方法和內(nèi)容，提高隔震結(jié)構(gòu)的安全性。