空間網殼結構支座隔震的理論和試驗研究.pdf

1、近幾十年來，空間網殼結構在體育建筑、文化建筑、交通樞紐以及工業(yè)廠房等多個領域得到了廣泛的應用。由于網殼結構往往用于容納大量人群和重要設備的場所，其抗震性能的優(yōu)劣極大地關系到人民生命財產的安全，因此很有必要在深入了解網殼結構振動特性和規(guī)律的基礎上，實施可靠的防震措施保證結構在強烈地震作用下具有良好的安全性。 結構控制是一種新型防震理念，這種方法不再單獨依靠結構自身的抗震能力，而是在結構中附加減振裝置，由控制機構吸收和消耗大部分的地

2、震能量，以減輕結構的響應。結構控制可分為被動控制、主動和半主動控制和混合控制，其中以隔震和耗能減振為代表的被動控制發(fā)展最為成熟、應用最為廣泛。隨著多高層房屋和橋梁結構被動控制的深入開展，研究人員開始進行網殼結構振動控制的理論和應用研究。 網殼結構重量較輕，自身阻尼較小，由于在網殼結構中布設阻尼器較為困難，因此可以考慮采用支座隔震技術實現結構控制，但目前在網殼結構中使用的橡膠墊板和滑動裝置不能充分發(fā)揮隔震作用。本論文針對網殼結構的

3、隔震要求，使用新型智能材料一形狀記憶合金(SMA)提升普通疊層橡膠墊的隔震和耗能水平，提出并設計了SMA-橡膠支座，考察了這一支座的力學性能及在網殼結構隔震中的應用：考慮到空間結構的三維振動特性，開展了網殼結構的多維隔震研究。具體研究工作和成果如下： (1)提出了一種新型SMA-橡膠支座，建立了支座水平回復力的理論模型。提出了兩種方案的SMA-橡膠支座，即單X型和雙X型SMA-橡膠支座，建立了支座的理論模型，編制相應的程序模擬了

4、SMA-橡膠支座的力一位移滯回關系和單根合金絲在工作過程中的應力一應變關系，并針對單X型SMA-橡膠支座單自由度體系進行了不同條件下的動力響應分析，討論了SMA-橡膠支座隔震體系的隔震和耗能特點。 (2)進行了SMA-橡膠支座模型的全面性能試驗，驗證了支座理論模型的正確性。對單X型SMA-橡膠支座和雙X型SMA-橡膠支座實物模型進行了多工況下的性能試驗，對比分析了兩種構造SMA-橡膠支座的工作性能，最終確定單X型SMA-橡膠支座

5、(以下簡稱為SMA-橡膠支座)性能更為優(yōu)良。進而，將單X型SMA-橡膠支座的試驗結果與理論模型的數值模擬結果進行了對比，二者符合較好。 (3)將SMA-橡膠支座用于網殼結構的隔震分析，基于Bouc-Wen模型建立了SMA-橡膠支座隔震網殼的計算模型。將常用于描述隔震支座的通用型光滑滯回模型(Bouc-Wen模型)與SMA-橡膠支座的性能試驗結果進行了對比，結果表明Bouc-Wen模型可良好地模擬SMA-橡膠支座的滯回行為?；谶@

6、一模型建立了SMA-橡膠支座網殼結構隔震分析方法，并通過數值算例考察了支座隔震技術應用于網殼結構中的有效性。 (4)對SMA-橡膠支座雙層柱面網殼模型進行了地震模擬振動臺試驗研究，考察了SMA-橡膠支座隔震網殼的計算模型的適用性和有效性。針對無控、普通橡膠支座和SMA-橡膠支座等三種邊界條件下的雙層柱面網殼模型，通過在水平方向輸入典型地震記錄進行了多工況的結構模型振動臺試驗，考察SMA-橡膠支座在網殼結構中的實際隔震效果。同時，

7、對振動臺試驗中的網殼結構模型進行了相應工況的地震響應計算，結果表明利用本文中提出的網殼隔震分析方法可較好地預測SMA-橡膠支座網殼結構的地震響應。 (5)對不同支座參數，不同矢跨比和不同支承條件的網殼進行了隔震分析，研究了網殼隔震支座的設計方法并給出了相應的建議?；赟MA-橡膠支座網殼結構的計算模型，通過球面網殼結構抗震分析的數值仿真計算，研究了網殼隔震支座的設計方法，考察了落地支承和柱頂支承隔震網殼結構體系在多分量地震動作用

8、下的振動響應特征，研究了支座隔震技術在不同矢跨比球面網殼結構中的適用條件。 (6)設計了一種網殼結構豎向隔震支座，提出了網殼多維隔震方法，對球面網殼結構進行了多維隔震分析。利用碟形彈簧的性能特點，提出了碟簧柱豎向抗拔隔震支座，將其與FPS水平隔震支座或SMA-橡膠聯合使用組成分離式多維隔震系統(tǒng)，并建立了豎向隔震支座的有限元模型。對無控、水平隔震和多維隔震等不同工作狀態(tài)下的球面網殼結構進行了動力特性分析和地震時程響應計算，考察了隔