随着城市化进程的加速，我国高层建筑结构的建造数量日益增加。但1999年集集地震和2010年智利地震中高层建筑结构遭受严重破坏的震害表明，其抗震性能正面临严峻考验。自我国发生汶川地震及雅安地震后，为了防止地震作用对高层建筑结构造成严重损伤破坏，通过在高层建筑结构的基础中设置隔震层的高层隔震技术应用得到迅速发展。研究高层隔震结构在强震中的地震响应及损伤机理具有重要的现实意义。由于地震动的不确定性，如何采用合理有效的地震强度来评价高层隔震结构的性能状态，并对高层隔震结构进行地震响应预测及损伤性能评估等问题，已成为高层隔震结构实际工程应用和技术发展的障碍。针对以上问题，考虑到地震动的复杂性和高层建筑结构的振动特性，提出高层隔震结构的有效地震强度指标、地震响应预测理论及地震碰撞损伤性能评价方法。
主要研究工作和成果如下：
(1)采用动力弹塑性时程方法对高层隔震结构等效单自由度简化模型和三维空间模型进行6类地震强度指标相关性效果比较研究。6类指标包括地震波加速度峰值(PGA)、地震波速度峰值(PGV)、地震波位移峰值(PGD)、地震波速度和加速度峰值之比(PGV/PGA)、加速度谱(S a(T1))和等效速度谱(VE (T1))。工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。通过构造有效的地震指标矩阵作为高层隔震结构动力弹塑性分析的地震波样本属性表征，并基于模糊聚类算法对地震波样本进行分类。结合模糊聚类算法和有效地震强度指标提出了高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择方法。
(2)采用44条远场地震波和20条近场脉冲型地震波作为输入，对双线性单自由度(SDOF)系统进行非线性时程分析、总输入能量谱分析及滞回耗能谱分析。基于等延性准则建立了适用于长周期弹塑性结构的滞回耗能谱模型。该模型基于一个新的参数-特征滞回耗能系数来反映滞回耗能与总能量的比值、屈服力系数及延性系数之间的关系。基于能量谱模型及能量平衡原理提出了非弹性单自由度(SDOF)系统的位移预测方法。比较了秋山宏能量平衡式、Leelataviwat能量平衡式及提出的平衡式的计算精度，验证了提出的模型及方法的有效性。结合能量谱模型及多模态推覆分解理论(MPA法)提出了高层隔震结构多模态能量谱法。基于能量等效原理修正了高层隔震结构二阶振型能力曲线翻转问题。将提出的能量谱模型应用到某12层高层隔震结构算例中。
(3)针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点包络分析方法，该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值，推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式，并利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化，其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度。将该方法拓展至考虑隔震层摆动的高层隔震体系中，建立了考虑摆动效应的高层隔震结构简化分析模型，提出了隔震层的转角预测公式，并采用简化方法对隔震支座的竖向受力进行了预测。基于高宽比为2.5和5.0的隔震结构模型振动台试验验证了提出的地震响应预测公式的准确性和适用性。
(4)对108个隔震支座破损试验结果进行了调查统计，分析了支座的极限剪切应变、形状系数与支座直径之间的关系。采用60条近断层脉冲型地震(脉冲周期为0.69~5.9s)计算了简化单质点隔震模型及简化两自由度隔震模型的损伤数值，考察了支座屈服力系数(2.8%、5%、10%、15%)、硬化位移(150%、200%、250%、300%)对支座损伤的影响，以及上部结构不同屈服力对主体结构损伤数值影响。基于混凝土弹塑性损伤本构和钢材延性损伤本构建立了15层钢框架-核心筒高层隔震结构精细有限元模型，并采用显示动力有限元方法分析了常规地震波作用和近断层脉冲地震作用下高层隔震结构的核心筒、楼板及钢框架动力弹塑性损伤演化及屈服应力情况。基于材料层次、楼层层次及整体结构三个层次的损伤情况提出了高层隔震结构的损伤性能评估方法，采用该方法对所建立的高层隔震结构数值模型的地震损伤指标进行了计算，该方法可以作为同类型结构损伤性能评估及性能化设计的参考。
(5)针对现有等效线性碰撞刚度取值缺乏理论指导的问题，基于Hertz-damp模型结构碰撞系统和Kevin模型结构碰撞系统的碰撞过程中能量耗散、最大碰撞压缩变形相等的原则推导了Kevin模型等效线性碰撞刚度的计算公式，通过数值分析、落球碰撞试验及结构振动台试验验证了所建议刚度模型的合理性和精确度。选择了两组长周期地震波研究了近断层及远源长周期地震作用下隔震结构长周期位移谱的阻尼系数。比较了我国、日本、欧洲、美国等国家抗震规范阻尼系数的变化规律。研究表明，我国抗震规范在计算周期小于6s的结构时的所计算的阻尼系数偏保守，日本、欧洲及美国国家规范在计算近断层长周期地震对应的阻尼系数均偏小。基于简化的两自由度模型和22层高层框架剪力墙结构模型研究了长周期地震动作用下碰撞效应对结构加速度、层间位移、隔震层位移地震响应和滞回耗能的影响。研究表明，近断层地震作用下隔震层位移小于在远源地震作用下的数值，但对上部结构造成的损伤更严重。碰撞效应不仅会激发高层隔震结构的高阶振型，而且会造成主体结构滞回耗能增加，因而易于引起结构损伤。
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