三维基础隔震系统的理论与试验研究（可复制毕业论文）.pdf

华中科技大学
博士学位论文
三维基础隔震系统的理论与试验研究
姓名:熊世树
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:唐家祥;梁波
20040430
摘要

基础隔震技术为建筑结构抵御地震灾害提供了一种行之有效的全新方法其水平
地震分量的隔震技术已进入工程实用阶段由于地震动本身具有多维特性对于一些
位于高烈度区和震中附近的重要建筑和基础设施同时考虑竖向地震分量的三维基础
隔震是非常必要和重要的但是国内外对三维基础隔震的研究至今尚无实质性进展
本文创新地提出的铅芯橡胶碟簧三维隔震支座就可以有效地解决三维基础隔震问题
铅芯橡胶碟簧三维隔震支座 3DB 由铅芯叠层橡胶支座和铅芯碟形弹簧支座串
联组成铅芯叠层橡胶支座用于水平隔震铅芯碟形弹簧支座用于竖向隔震该三维
隔震支座能有效地解决三维隔震支座的竖向大承载力和竖向阻尼的难题并可以有效
地抑制摇摆该 3DB 不仅具有三向适宜刚度和阻尼性能而且性能稳定结构紧凑
加工制作容易除了可以用于工程结构的三维基础隔震外还可以用机械设备的隔振
因此该 3DB 具有广阔的应用前景
本文在充分研究了 3DB 构造特点的基础上创新性地提出了 3DB 的设计理论和
计算方法在此基础上首次设计并制造了 3DB 模型对该模型的三向刚度和阻尼性能
进行了全面的静载和动载试验研究研究结果表明该三维隔震支座具有三向适宜刚
度和阻尼性能其三向阻尼比容易达到 15-30% 三维隔震支座的静载刚度和承载力与
理论计算吻合得较好研究还表明动静刚度之比大约为 随着加载频率的增加
三维隔震支座的屈服力屈前刚度和阻尼均增加但对屈后刚度影响不明显
本文采用平扭耦合层间模型对三维隔震结构的多维地震反应进行了全面的计算
机仿真分析首先在充分研究三维基础隔震结构特点的基础上对其上部结构和隔
震层进行了一些合理化的假设和简化建立了振动计算模型然后根据水平和竖向
地震反应不耦合的特点将三维地震作用下隔震结构的反应分析分解为水平平动扭
转耦联和竖向独立平动两部分建立了相应的运动方程最后设计了一栋 L 型平面
五层三维基础隔震框架对其三维地震反应进行了系统的分析同时研究了隔震层竖
向刚度和阻尼比对竖向隔震效果的影响研究结果表明 3DB 隔震结构的三向隔震
效果明显楼层的地震反应比不隔震结构降低了 50 以上水平双向地震输入和结构
偏心对隔震层的水平位移影响比较显著本例中比单向输入增大约 30 比无偏心结
构增大约 20 研究还表明在竖向刚度小于 2000kN/mm 之前降低刚度对于减小
结构的地震反应比较明显同时隔震层阻尼比设计在 20 30 左右较为合理
I
本文最后采用三维杆系有限元模型首次对三维隔震框架结构的多维地震反应进
行了非线性空间时程分析分析结果表明采用三维杆系有限元模型能够更全面准
确地反映隔震结构的地震反应性能计算结果低于层间质点模型计算结果同时采
用降低一度按抗震结构进行上部结构的设计方法是偏于安全的至少有 30%的安全储
备因此采用三维杆系有限元模型对隔震结构进行整体分析具有重要的现实意义
本文创造性地提出的三维隔震支座及其设计分析方法对于我国的三维基础隔震研
究具有开创性意义并具有广阔的应用前景

关键词三维隔震三维隔震支座多维地震反应铅芯橡胶支座铅芯碟簧支座
II
Abstract

As a new and effective method to withstand ponent of earthquake for
building structure, the base isolation technique has been in the engineering application phase.
However, for some important buildings and foundation facilities in the earthquake region, it
is necessary to consider the effects of 3D aseismatic analysis including ponent
because the earthquake itself has multi-dimensional characteristics. We find that there has
been no really improvement on three-dimensional isolation study till now. The lead rubber