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20世纪以来,随着工程减震控制技术的逐步兴起,以日、美、新西兰为首的世界各国均大力开展了多种减震控制技术的研究与应用。其中基础隔震技术由于其构造简单、造价低廉、耗能性能稳定、减震效果较好、技术相对成熟等优点,得到了广泛的应用。同样,在我国研制开发适合我国国情、具有自主知识产权、经济高效的新型基础隔震装置具有重要意义。
低屈服点钢由于其屈服强度较低、变形能力大、对于耗能构件的工作非常有利,故较多地被用于制造各种耗能器,为结构提供附加的刚度和阻尼。这类耗能器具有滞回性能稳定、耗能能力大、长期可靠并不受环境和温度影响的特点。基于目前低屈服点钢主要是作为耗能器(阻尼器)应用于上部结构的耗能减震,故尝试设计了一种受力清晰、构造合理的多向低屈服点钢隔震耗能器支座,并对其进行初步的试验和理论研究,为低屈服点钢隔震耗能支座的研制与应用开展一些有益的探索。
通过理论分析,分别归纳总结了矩形板在水平剪力和弯矩作用下的受力特性,包括弹性状态和大变形状态,为模型设计提供理论准备,同时还对支座相关性能进行了研究。
对国产低屈服点钢进行了拉伸性能试验,对3个支座模型进行了低周往复荷载下的试探性试验。在试验中得到了支座模型的初始刚度,由于模型加工不够精细和设计尚不完善等原因,试验得到的滞回曲线并不饱满,尚不能完全反应该支座的隔震耗能能力。
通过有限元程序ANSYS对多向低屈服点钢隔震耗能支座在消除试验误差的情况下进行了低周反复荷载作用下的多参数化验证性分析。结果表明:在理想情况下,多向低屈服点钢隔震耗能支座具有良好的耗能能力;在腹板高厚比较小,高宽比较大,材料屈服点较低延性较好的情况下,支座模型耗能能力较强,等效阻尼比较大。
用SAP2000对设置了多向低屈服点钢隔震耗能支座的隔震耗能结构和未设置隔震耗能支座的相应结构的工程算例进行弹性和弹塑性时程分析。结果表明:前者的柱底剪力、顶层位移、加速度和层间位移角均比后者小,从而上部结构在地震中的水平变形,从传统抗震结构的“放大晃动型”变为隔震耗能结构的“整体平动型”。