地震是一种突发性自然灾害,发生时释放大量的能量,常常造成严重的人员伤亡及房屋道路等工程设施破坏,给人们带来不可估量的损失,严重威胁着人类的生命财产安全。随着社会的发展,如工业厂房、医院、通讯中心等建筑配备有高精密仪器,采用传统的工程抗震方法不能满足实际需要。因此,世界各国学者把目光转向了有别于传统抗震体设计的隔震设计方法。目前,隔震技术被广泛的应用于世界各国的桥梁、建筑上,其理论及实际工程应用越来越成熟。
我国目前还处于发展阶段,不少乡镇建筑及景区仿古建筑对抗震的设计仍旧采用传统方法,当遇到强烈地震时,这些建筑往往无法满足抗震设防要求。在2008年四川汶川地震中,以砖混、砖木、穿斗木构架为主要结构类型的农房及仿古建筑损坏严重,给人民的财产安全带来了不可估量的损失。而目前建筑所使用的普通橡胶支座或铅锌橡胶支座,普遍体积大、造价高,恢复力不强,不太适用于乡镇房屋及仿古建筑的使用。所以,本文以乡镇农房建筑及景区仿古建筑为使用对象,设计开发了一种造价低、恢复力强的新型橡胶支座。这种新型橡胶支座主要是在普通橡胶支座上加上适量的钢筋,增加恢复力。
基于橡胶隔震支座的力学理论,将一种新型橡胶支座为研究对象,本文利用有限元方法模拟了一种新型橡胶支座的力学相关试验,对这种橡胶支座的力学性质进行了详细的分析,主要在以下几方面展开工作:
1综述了隔震结构体系的研究,包括隔震结构的工作原理、隔震支座种类等,简要介绍了目前国内外隔震技术的发展情况,其中重点介绍了本文所采用的橡胶隔震支座力学性能的研究现状。
2基于橡胶支座的材料特性,研究国内外学者对橡胶隔震支座的应用力学基础理论,主要包括橡胶隔震支座的竖向压缩、压缩剪切等力学性能。基于现有的理论,系统总结出了本文研究所要使用的橡胶隔震支座理论。
3基于现有的试验条件,对普通橡胶支座的竖向刚度进行了测试,根据试验数据画出了普通橡胶支座的竖向刚度曲线,为数值分析提供了依据。
4基于ABAQUS有限元分析软件,采用三维模型,模拟了普通橡胶支座和新型橡胶支座在多种荷载工况下的应力—应变关系,详细研究了橡胶支座受剪切位移及竖向压力共同作用下的刚度变化。由两种隔震支座的位移-荷载曲线可以看到,加入钢筋的橡胶支座与普通橡胶支座相比,具有更好的恢复力。建立了不同形状系数的普通橡胶支座,以相关规范为标准,对他们在不同工况下的力学性能进行了对比分析。总结了形状系数对橡胶隔震支座力学性质的影响。
5结合延庆观的结构特点,探索应用现代建筑隔震原理,从隔震和防水方面考虑在基础和底层间加铺橡胶垫,建立了延庆观的隔震有限元模型和实际结构有限元模型。利用有限元分析软件MIDAS,在Taft Lincoln School地震波作用下,对两种模型的周期、速度、加速度和位移等参数进行了对比分析。结果表明橡胶垫隔震效果明显,能有效的避免地震对延庆观的破坏及地下水对主体结构的侵蚀。
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