层间隔震体系参数灵敏度优化分析及概率地震损伤研究

The set of isolation layer would divide the story isolation system into three parts of upstructure, isolation layer and substructure. The seismic wave is filtered and magnified when it’s through the substructure, and the interaction of structures that would cause the each parts of structure of self-vibration characteristic, seismic response and damage obvious changes with the different positions of isolation layer.This project main research optimal parameter model of inter-story isolation structure, that because of the setting of isolation layer cause the phenomenon of upstructure is isolated and substructure response is amplified. Considering the uncertainties of ground motions and structures parameters, the sensitivity of structure response and reliability are researched, through it quantitative evaluate influencing of structural response and reliability with random parameters changing. Research failure mode of causing by the mutual coupling effect of upstructure-isolation layer-substructure and reveal the damage mechanism of inter-story isolation system under earthquake. With scale model specimen fabricated, model test will be carried out under strong horizontal seismic excitation. It can provide a basis for discussing damage control plan and design method, perfect the structure design philosophy and provide strong technical support for engineering design and application of inter-story isolation structure.

隔震层的设置将层间隔震体系分为上部子结构、隔震层和下部子结构三部分。地震波经过下部结构的滤波与放大作用，加之体系各部分的相互作用，各子结构的自振特性、地震响应和损伤破坏将随隔震层位置不同而产生明显变化。本项目主要就因隔震层设置而出现“上部子结构隔震，下部子结构响应放大”的现象，研究建立层间隔震体系最优参数模型（最优频率比范围、最优阻尼比范围）；体系随机物理参数（质量、刚度、阻尼）变化，加之随机地震动激励下结构响应和可靠度的灵敏度研究，定量评估随机参量对结构响应和可靠度的影响；地震作用下，研究下部子结构-隔震层-上部子结构相互耦合作用所引起的失效模式，揭示层间隔震体系的损伤破坏机理；制作缩尺模型试件，对层间隔震体系在强震水平地震作者用下的损伤破坏机理进行试验研究。为下一步探讨损伤破坏控制方案和设计方法提供依据，完善有关层间隔震结构设计理论，为工程设计和应用提供有力的技术支撑。

在现有的各种减隔震技术中，隔震技术因其概念简单、运用方便，并已在实际的工程应用中表现出良好的性能，成为结构振动控制的主要方式之一，在新修订的抗震设计规范（GB50011-2010）中，结构采用的隔震方案已不再仅仅局限于上部结构和基础之间，而是出现了一种新型的隔震结构形式—层间隔震结构，对于该种结构体系的研究，目前还没有取得工程应用的规律性认识，实际的工程应用受到了极大的制约。本项目主要就因隔震层设置而出现上、下部子结构通过柔性隔震层连接，且当隔震层位置逐渐升高时，隔震结构的下部子结构和上部子结构的变形由弯曲型变为弯剪型，且剪切变形对于高阶模态的影响是模态误差不可忽略的一个来源，同时地震波经过下部结构的滤波与放大作用，加之体系各部分的相互作用，各子结构的自振特性、地震响应和损伤破坏将随隔震层位置不同而产生明显变化。因此，基于Timoshenko梁理论，同时考虑各子结构的弯曲变形和剪切变形，提出了一种求解层间隔震结构地震响应半解析方法，考虑体系随机物理参数（质量、刚度、阻尼）变化，加之随机地震动激励，研究了结构随机响应和可靠度的灵敏度，采用改进的Park-Ang局部损伤模型加权秩和比的方法，定量评估了各随机参量对结构响应和可靠度的影响，以及层间隔震结构的损伤破坏模式，为结构优化设计提供参考，同时，采用功率法和随机地震动模型，分析了隔震结构考虑隔震层的摆动效应对结构自振特性和地震响应的影响；对于隔震结构，在地震作用下，隔震层位移较大而上部结构层间位移较小，通过在隔震结构和相邻结构间设置Kelvin型被动控制单元形成复合控制体系，不仅能在较宽频率范围取得显著减震控制效果，而且可以改善相邻传统抗震结构变形模式和隔震结构的破坏模式，显著提高结构抗震性能，充分发挥结构（构件）承载能力和延性设计要求，同时还可避免相邻结构的碰撞等问题。