强震近断层地震动作用下巨-子结构隔震体系性态研究

Mega-sub isolation system is different from the base isolated structure or inter-story isolation system. Theoretical and experimental results show that this system can reduce the structural responses obviously under earthquake excitation. However, the influence of the velocity pulse of near-fault ground motion on the mega-sub isolation system has not been well studied. The structural responses of the mega-sub isolation system are quantitatively analyzed under near-fault ground motions with and without velocity pulse whose acceleration response spectrum are consistent. On the basis of existing test model, shaking table test of mega-sub isolation system will be conducted to further study the impact of the velocity pulse of near-fault ground motion on the mega-sub isolation system. The ground motion intensity indices and the main physical parameters which are suitable for the mega-sub isolation system can be obtained by analyzing the correlations between the maximum responses and the ground motion intensity indices and the sensitivity of the structural responses to each parameter. Considering the uncertainties of ground motions characteristics and structures parameters, the seismic fragility of mega-sub isolation system is analyzed based on response surface method. Failure modes of the mega-sub isolation system under near-fault ground motions can be achieved.

巨-子结构隔震体系不同于一般意义的基础隔震结构或层间隔震结构，理论和试验均证明地震激励下该体系能够使结构响应产生较大幅度的减小。然而，近断层地震动如其速度脉冲特性，将对该体系造成何种影响尚缺乏深入研究。本申请通过建立巨-子结构隔震体系的数值仿真分析模型，对比输入多组加速度反应谱一致的包含和不含速度脉冲的实际强震动记录和人工合成地震动时程，定量地分析速度脉冲地震动下该体系的地震响应；同时，在已有试验模型的基础上开展巨-子结构隔震体系在速度脉冲地震动作用下的振动台试验，从试验角度研究近断层地震动对该体系的影响；通过参数分析，研究速度脉冲地震动下结构最大响应与地震动强度指标的相关性及结构随机响应对各参数的敏感性，得出适用该体系的强度指标及主要物理参数。在此基础上，考虑地震动和结构物理参数不确定性，基于响应面法分析巨-子结构隔震体系地震易损性，从而得出该体系在近断层地震动作用下的破坏模式。

以巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系为研究对象，选择了4 组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程作为输入，采用数值分析方法计算了在有、无速度脉冲的地震动激励下三种结构体系的地震响应，研究了地震动的速度脉冲对巨型结构体系在不同控制策略下地震响应的影响。结果表明，智能隔震体系对地震动的速度脉冲特性更为敏感，但相对抗震体系而言能有效减小主结构和子结构的层位移，相对隔震体系而言能有效减小隔震层位移。. 在已有试验模型的基础上，选择了2 组具有速度脉冲特性的实际地震动记录及人工合成的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程作为输入，分别对巨-子结构抗震体系及隔震体系进行了振动台试验。采用SAP2000对试验模型进行了非线性时程分析，并在主结构加速度、层位移，子结构层位移以及隔震层位移方面与试验结果进行了对比分析。理论和试验结果均表明，速度脉冲会对巨型结构体系的地震响应产生不利影响，特别是对隔震层的位移响应影响显著。. 通过选取国内外多次地震中的近断层地震动记录，研究近断层地震动作用下适用于巨-子结构隔震体系的地震动强度指标。采用虚拟激励法和摄动法，分析巨-子结构隔震体系平稳随机响应对各参数的灵敏程度，得出适用于该体系的物理参数。在此基础上，考虑地震动和结构物理参数不确定性，基于响应面法对巨-子结构隔震体系的在近断层地震动作用下的易损性进行了分析，得出该体系在近断层地震动作用下的破坏模式。结果表明，巨-子结构隔震体系最大响应与位移型地震动强度指标相关性较好，而与加速度型地震动强度指标的相关性较差；各响应对子结构的层刚度敏感性最小，而对子结构层质量、隔震层刚度、隔震层阻尼较为敏感；近断层地震动作用下，巨-子结构隔震体系子结构的破坏概率大于主结构的破坏概率，而在结构倒塌破坏状态中，隔震层的失效概率大于子结构的失效概率。