考虑初始位移的串联隔震体系竖向承载力有限元分析


  当隔震建筑上部结构有承重墙体,或大柱网的框架结构、各柱底轴力和剪力相差较大,或地下室层高较高时,隔震建筑可采用加连梁柱串联隔震系统方案。叠层橡胶支座由薄橡胶片与钢板分层叠合而成,具有很大的竖向刚度、较小的水平刚度和很大的变形能力。水平刚度小能够延长隔震结构自振周期从而达到减少上部结构地震作用的效果,但同时会伴有较大的隔震层水平位移,从而显著降低临界荷载值。这一特性引起了学者的极大关注。 

  Gent基于Harings 理论研究了叠层橡胶支座的稳定性。Koh 等为了简化计算提出了双自由度力学模型,分析了叠层橡胶支座在大水平位移时的稳定性。Nagarajaiah 等改进Koh-Kelly 双自由度力学模型得到了更精确的临界荷载和水平刚度,Buckle 等用试验验证了改进模型的有效性。随着高层隔震建筑的大量出现,Kelly 等分析了叠层橡胶支座的竖向刚度和拉伸屈曲。Liu等提出橡胶支座的一些基本概念,较系统地建立了橡胶支座各种力学性能的计算理论和评价方法。周锡元等在Harings 和Gent 研究基础上建立了柱串联隔震系统的分析模型,推导出柱串联隔震系统的水平刚度计算公式及临界荷载控制方程。
  关于工程中普遍使用的加连梁柱串联隔震系统研究还没有相关报道。本研究在前人研究的基础上,基于传递矩阵法,推导出隔震系统端部状态变量与任意截面的内力和位移值之间的关系,可以较容易地得到临界荷载控制方程,避免了繁琐的力学推导过程,并进一步考虑连梁参数变化系统临界荷载的影响。研究结果表明:增加连梁对提高柱串联隔震的系统的临界荷载有作用,但效果不明显。无连梁柱串联隔震系方案增加了地下室功能,虽然降低了临街荷载,但从经济性、安全性和使用功能综合考虑,隔震建筑下部结构应优先选用地下室独立柱方案。

  参考资料:杜永峰;朱前坤;李慧;《加连梁柱串联隔震系统的弹性屈曲》,2012年5月,《中南大学学报(自然科学版)》第43卷第5期