长周期地震下高层建筑层间隔震体系损伤机制及抗倒塌研究

High-rise building has long natural vibration period, high order modal participation , its natural vibration period will extend when using middle-story isolated，Its damage and collapse mode are quite distinct from base isolation.This project proposes to take the middle-story isolation system of high-rise buildings as the object, to study the damage mechanism of middle-story isolation system through theoretical analysis, numerical simulation and experimental techniques. The study actually measures the mathematical model of the long periodic strong earthquake record and spectral characteristics of artificial simulation of long-period earthquakes and the vulnerability function of high-rise building middle-story isolation system, studies the anti-collapse ability of middle-story seismic isolation system of high-rise buildings under the action of long-period earthquake, puts forward a more targeted analysis method, which creatively uses the shaking table test of high-rise frame - core tube middle-story isolation system . The fundamental theory of dynamic catastrophe control for high-rise building structures under long period random earthquake is established through the interlocking research content. The research of this project is of important theoretical and practical significance to promote the theory and analysis method of seismic isolation design and to facilitate the promotion of middle-story isolation technology.

高层建筑具有长周期、高阶振型参与度高等特点，当采用层间隔震之后会进一步延长结构的自振周期，在长周期地震作用下，高层建筑层间隔震结构会因共振效应而出现地震响应增大，其损伤与倒塌模式与基础隔震截然不同。本项目拟研究高层建筑层间隔震体系在长周期地震作用下的损伤机制，探索长周期地震动的频谱特性与高层建筑层间隔震体系易损性函数之间的数学模型，提出高层建筑层间隔震体系在长周期地震下的抗倒塌方法，建立长周期随机地震下高层建筑层间隔震体系的动力灾变控制的基础理论。本项目的研究对于完善隔震设计的理论与方法，促进层间隔震技术的推广有一定的理论和实践意义。

层间隔震结构是由基础隔震结构发展而来的一种结构，近年来成为防灾减灾领域研究热点之一。不同性质地震动对结构影响很大，根据地震周期的不同，可分成长周期、中周期以及短周期地震。长周期地震主要分为远场类谐和长周期地震动(FHLPGM)和近断层脉冲型长周期地震动(NFILPGM)。本文对长周期地震下层间隔震结构的响应进行了研究，围绕层间隔震结构的减震性能、损伤、失效模式等展开研究，并通过附加惯容器，研究对结构控制的可行性。本文主要完成了以下工作：.1.介绍了长周期地震的判别及选取。.2.建立了结构有限元模型，分别输入FHLPGM、NFILPGM和普通地震动，进行动力时程分析。结果表明：相比于普通地震，长周期地震下层间隔震结构地震响应增大；在FHLPGM作用下相比于NFILPGM作用下结构地震响应增大；相比于普通地震，长周期地震下隔震层以下核心筒部位损伤严重，在设计应用时应予以注意。.3.采用增量动力分析（IDA）方法，对长周期地震下层间隔震结构失效模式进行研究。研究表明：层间隔震的基本失效模式基本分为三种，即隔震层水平位移超限导致失效、下部结构层间位移角超限导致失效、隔震层拉压应力超限导致失效。此研究可为层间隔震结构的抗倒塌分析提供理论基础。.4.采用MATLAB，建立了附加惯容器的层间隔震系统两质点简化分析模型，基于反应谱法对附加惯容器的层间隔震系统的地震响应进行了预测，并讨论了减震效果，发现：惯容器质量对层间隔震系统的振型周期、振型阻尼比均有影响，惯容器的质量的增加会使系统的振型周期增加、振型阻尼比减小。对于附加惯容器的层间隔震系统进行隔震位移及加速度响应的控制可通过选取惯容器质量、上下部结构质量比、隔震层自振周期、隔震层阻尼比进行减震控制，并能实现对位移及加速度双控制的目标。此研究提供的方法能预估结构响应，为分析附加惯容器的层间隔震系统的抗震性能提供参考。.5.附加惯容器可实现层间隔震结构近断层地震响应的控制，减震效果与惯容器和结构系统参数相关。对比了两种附加惯容器方案。方案1的位移控制效果较好，但随着惯容器质量的增加，加速会减小，方案2随惯容器质量的增大，当选取一定的刚度和阻尼参数时，可实现对位移及加速度的双控制。方案2的减震效果要优于方案l，与传统层间隔震系统相比，加速度和位移均可减小。此研究提供的方法能为分析长周期地震下附加惯容器的层间隔震系统的抗震性能提供参考。