基于剪切耗能控制的大跨度地下空间结构减震机理研究

随着我国地下空间结构在数量、规模和空间尺度上的急速增长，迫切需要发展新思路和新方法以提升大跨度地下空间结构抵御地震灾害的能力。本项目针对大跨度地下空间结构，着重研究采用剪切型耗能控制策略，以实现减轻大跨度地下空间结构震害的机理。本项目首先从地下结构高轴压比条件下的剪切板阻尼器低周反复加载试验出发，探索高轴压比下剪切板阻尼器的耗能机制，建立适合地下结构地震响应特点、考虑高轴压比影响的剪切板阻尼器恢复力模型；将上述模型应用于大跨度地下空间结构的非线性地震响应时程分析，通过系统的精细化数值模拟，基于能量概念，揭示强震作用下大跨度地下结构的消能减震机理，提出可用于地下结构抗震设计的震害控制理论和方法。研究成果有望促进大跨度地下结构消能减震机理的深入认识，推动先进抗震设计理念和减震控制技术在地下结构中的应用，具有重要的理论意义和实用价值。

本项目的最大创新之处在于将减震耗能控制概念引入大跨度地下空间结构的防灾减灾中。首先，从构件层次，开展了剪切板阻尼器减震装置的低周反复加载实验，揭示了高轴压比条件下剪切板阻尼器的力学性能和耗能机制，提出了考虑轴压比影响的恢复力模型；其次，建立了适用于地下结构的高轴压比剪切板阻尼器的有限元建模方法，并采用上述模型进行了减震控制地下结构非线性地震响应时程分析，研究成果有助于初步验证剪切板阻尼器的减震效果并揭示其在大跨度地下结构中的消能减震机理；最后，开展了阻尼器优化布置和震害控制方法研究，以阻尼器—结构强度比作为减震设计性能参数，提出了优化设计方法和最优设计性能参数范围。本项研究是大跨度地下结构减震控制理论与关键技术的初步探索，具有重要的科学理论价值和创新性。