极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用,有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,基于弹塑性时程分析的统计结果,分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明:极罕遇地震作用下,采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取;为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏,应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座;如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。

面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法（即分离式方法）,这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座（LRB）基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了LRB基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比（即铅芯屈服剪力与LRB基础隔震结构总重力的比值）使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的LRB基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的LRB基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。

具备负刚度调谐惯容阻尼器的基础隔震结构优化设计和抗震性能研究

GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》中规定中国目前最高的地震烈度为9度极罕遇地震,然而某些巨震反应谱甚至远超中国最高地震烈度对应的反应谱,为了应对巨震灾害,有必要发展巨震作用下更为有效的减震技术。为此,将调谐惯容阻尼器和负刚度弹簧结合,设计一种具备负刚度的调谐惯容阻尼器(TID_NS),研究基础隔震TID_NS结构的优化设计和抗震性能。考虑隔震层的非线性本构行为,采用随机线性化技术处理非线性项,并采用Clough-Penzien功率谱模型。将LRB基础隔震结构体系简化为两自由度体系,并在隔震层附加TID_NS结构,提出三种不同的优化策略,研究在不同附加负刚度比下不同优化策略对减震性能的影响。采用人工波和土耳其7.8级地震记录作为输入地震波,分别对隔震结构进行非线性时程分析,结果表明:附加负刚度的TID_NS结构可以同时降低上部结构层间位移、隔震层位移比和上部结构加速度,当附加负刚度比为-0.1时,TID_NS结构相对基础隔震结构可以降低结构动力响应约15%。