橡胶支座应用于地下框架结构减震设计中的机理及方法研究

Rubber isolation bearing is one of the most widely used anti-seismic technologies for surface buildings. It has the advantages of low cost, mature technique and strong deformation ability. However, the application of seismic reduction technology for underground structures has made slow development due to the short time of seismic research of underground structures, and insufficient understanding of the seismic response law and earthquake damage mechanism of underground structures. Currently, the research on seismic measures and design methods of underground structures is not perfect enough to meet the needs of practical engineering design. This study aims to promote the application of rubber bearings in the seismic reduction design of underground structures. At first, earthquake damage mechanism of multilayer underground structure is studied, which would lay a theoretical foundation for proposing reasonable and effective seismic reduction measures and design methods. Secondly, the rubber isolation bearings are set at the end of the column of the underground frame structure to reduce the seismic response of the column. Some key issues in the design, such as the selection and the reasonable layout location of rubber bearings, are comprehensively analyzed. At last, the seismic reduction design method of underground frame structures with rubber isolation bearings are studied and established. The simplified analysis method is used for the parametric design of rubber bearing type and location. This study has theoretical and practical significance for improving the seismic capacity of underground structures and promoting the application of seismic isolation technology for underground structures.

橡胶隔震支座是地上结构减震控制技术中最广泛应用的技术之一，具备经济性好、成熟度高、变形能力强等优点。由于地下结构抗震问题研究起步晚，且对于地下结构地震响应规律及破坏机理认识的不充分，导致针对地下结构的减震措施与设计方法研究不够成熟，难以满足实际工程设计需求。为了更好地推动橡胶支座在地下结构减震设计中的应用，本项目首先基于单层双跨式地下框架结构地震破坏机理的系统性认识，进一步开展多层地下结构地震破坏机理研究，为提出合理、有效的减震方法奠定理论基础；其次，将橡胶支座应用于地下框架结构立柱端部，用以减小立柱的地震反应，着重对减震设计中需把握的关键问题如橡胶支座的选型以及布置位置进行分析研究；最后，研究并建立应用橡胶支座的地下框架结构减震设计方法，利用简化分析方法对支座选型及布设位置作参数化设计。本项目对于提升地下建筑结构的防震减灾能力及推动减隔震技术在地下空间中的应用方面具有理论与实践指导意义。

橡胶隔震支座是地上结构减震控制技术中最广泛应用的技术之一，具备经济性好、成熟度高、变形能力强等优点。由于地下结构抗震问题研究起步晚，且对于地下结构地震响应规律及破坏机理认识的不充分，导致针对地下结构的减震措施与设计方法研究不够成熟，难以满足实际工程设计需求。为了更好地推动橡胶支座在地下结构减震设计中的应用，本项目系统开展了橡胶支座应用于地下框架结构减震设计中的机理及方法研究，主要工作及结论如下：.1. 基于已获得的单层双跨地下框架结构地震破坏机理的认识，选取我国多个地区（覆盖一、二、三、四类场地）的15个实际的多层地铁车站，采用地下结构Pushover分析方法开展了多层地下框架结构地震破坏反应研究，获得了多层地下框架结构的关键性抗震构件和地震薄弱位置，进一步揭示了多层地下框架结构的地震破坏机理。选取某两层三跨地铁车站，在中柱端部设置等效橡胶支座（各向异性材料），通过对有无橡胶支座中柱的地震破坏反应进行对比，验证橡胶隔震支座减震效果的有效性。.2. 在已有的橡胶支座力学性能理论和试验成果基础上，建立了合理的精细化三维数值有限元分析模型；同时，进一步探讨橡胶材料特性G、有效截面面积A、橡胶总厚度Tr等因素对橡胶支座整体力学性能的影响。.采用Pushover分析方法对设置不同刚度支座以及不同布置形式的地铁车站结构的地震破坏反应特点进行对比分析，系统分析地铁车站结构布设橡胶隔震支座的最优刚度，同时获得对于不同类型结构橡胶支座的最优布设位置，可为橡胶支座应用于地下结构的抗震设计方法提供参考。.3. 参考建筑工程和桥梁工程中橡胶隔震支座相关的设计方法和要求，针对地下结构自身受力特点和地震反应特点，提出一套橡胶支座应用于地下框架结构的减震设计方法。为便于实际工程设计，项目组进一步建立了橡胶支座应用于地下框架结构减震设计中的简化分析模型。同时采用数值模拟的方法分别对橡胶支座应用于地下框架结构的减震设计方法和简化分析模型的有效性进行了验证。