大跨网格屋盖结构的三维复合隔震研究

本项目针对大跨空间网格屋盖结构的三维动力特性和地震响应的多向随机性特点，研究屋盖结构的三维复合隔震。研制适合于大跨空间网格屋盖结构的三维复合隔震支座，支座的水平隔震采用聚四氟乙烯摩擦滑移装置与水平复位、限位装置串联，竖向隔震采用圆柱形螺旋弹簧或环行弹簧。重点探讨：水平摩擦滑移装置的摩擦系数与竖向动力荷载变化间的关系；两向水平荷载作用下，滑移摩擦装置滑动面上的两水平方向摩擦力与位移间的耦合关系；及竖向初始刚度的选择等问题。对复合支座进行试验，基于试验研究与理论分析，建立复合隔震支座的力学模型，确定主要参数的计算方法或给出实用曲线。基于支座的力学模型与网格屋盖的动力特性，开展三维复合隔震支座的应用研究，建立三维复合隔震理论与分析方法，通过参数优化提出实用的设计方法与建议，为支座应用于工程实践创造条件。本项目的研究成果对大跨网格屋盖结构的抗震防灾及推动我国空间结构振动控制发展水平具有积极意义。 2100433B

项目重点研究了大跨隔震结构考虑地震动空间效应的影响，通过理论分析与振动台试验研究，分析了隔震大跨空间结构在多点地震激励下的地震响应特征。近年来，支座隔震技术逐步应用于空间网格结构，由于隔震层的存在，导致现有计算方法无法适用于隔震结构多点地震激励下的地震响应分析。项目针对隔震空间网格结构超长、大跨的特点，基于理论分析与振动台模型试验，确定了多点地震激励下的结构响应分析方法，研究隔震网格结构的动力特性和地震响应特征。理论方面，针对隔震结构的非线性问题，重点解决结构动力方程中的支座变刚度与非比例阻尼问题，提出刚度和阻尼等效准则，实现动力方程的直接求解，并进行算法研究，编制相应的计算程序。试验研究方面，基于振动台台阵模型试验，研究隔震网格结构多点地震输入下的动力特性和响应特征，重点考察地震动激励、支座的刚度和阻尼变化对结构抗震性能的影响，并验证理论模型的合理性。最后基于理论分析与试验研究，利用数值模拟进行参数分析，建立多点地震激励下隔震网格结构的实用分析方法。 2100433B

研究表明，大跨结构在抗震分析时要考虑地震动空间效应的影响。近年来，支座隔震技术逐步应用于空间网格结构，由于隔震层的存在，导致现有计算方法无法适用于隔震结构多点地震激励下的地震响应分析。项目针对隔震空间网格结构超长、大跨的特点，基于理论分析与振动台模型试验，以期建立多点地震激励下的结构响应分析方法，并系统研究隔震网格结构的动力特性和地震响应特征。理论方面，针对隔震结构的非线性问题，重点解决结构动力方程中的支座变刚度与非比例阻尼问题，提出刚度和阻尼等效准则，实现动力方程的直接求解，并进行算法研究，然后编制相应的计算程序。试验研究方面，基于振动台台阵模型试验，研究隔震网格结构多点地震输入下的动力特性和响应特征，重点考察地震动激励、支座的刚度和阻尼变化对结构抗震性能的影响，并验证理论模型的合理性。最后基于理论分析与试验研究，利用数值模拟进行参数分析，建立多点地震激励下隔震网格结构的实用分析方法。

橡胶垫隔震技术是一种安全有效的结构振动控制技术，但该技术应用于大高宽比三维隔震结构时，如何解决结构的倾覆问题至关重要。本项目将对考虑三维隔震的大高宽比结构的抗倾覆机理进行研究。在分析大高宽比三维隔震结构倾覆机制的基础上，首先基于申请者前期研究改进一种三维隔震抗倾覆装置，该装置既能同时实现水平和竖向隔震功能，又具有抗倾覆能力。并进行装置的力学性能试验，分析影响装置水平、竖向承载力和刚度的参数，研究其力学行为，进而建立装置的力学模型。其次建立应用该类装置的大高宽比三维隔震结构的初始计算模型，进行数值分析研究高宽比限值和三维隔震以及抗倾覆各特征参数之间的关系，研究最不利荷载作用下以及单维和多维激励下，高宽比逐步增大时，结构的动力响应特性。随后设计一大高宽比模型结构，进行振动台试验，对比试验和数值分析结果，并最终修正结构的初始计算模型。本项研究将丰富建筑隔震的方法和内容，提高隔震结构的安全性。