一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法
2023-09-16 14:06:25
一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法
【專利摘要】一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法包括如下步驟：結構布置與設計；確定隔震支座的型號及數量；在試驗室內確定隔震支座的控制指標以及性能參數；建立不規則結構體系的有限元模型；確定隔震支座出現拉伸力的位置及拉應力的大小；對隔震支座拉應力指標的判定；對不規則體系的隔震支座採取抗拉控制措施，直至隔震結構規則性滿足要求實現不規則結構體系中隔震層的抗拉控制。本發明解決了在隔震結構體系中疊層橡膠隔震支座出現的拉應力超出限定值後，通過調整隔震支座以及抗拉裝置做到精確控制隔震支座的豎向拉伸變形滿足限定值，確保隔震支座正常工作狀態的技術問題。
【專利說明】一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及結構工程的隔震【技術領域】，特別是一種在地震作用下，隔震結構體系中疊層橡膠隔震支座出現拉應力超過設定限值的控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟建設的飛速發展，越來越多的建築設計造型美觀，布局新穎，出現很多平面、空間不規則的結構，這時往往採用基礎隔震技術減小整體結構水平地震響應。疊層橡膠隔震支座具有水平剛度、低耗能延性好、豎向抗壓剛度高及承載力高的特性，但其抗拉剛度及承載力明顯不足。
[0003]而在罕遇地震作用下，不規則的建築體系容易造成建築隔震結構的角部及混凝土筒體下的疊層橡膠隔震支座產生拉應力。我國相關規範規定:疊層橡膠隔震支座不宜出現拉應力；當疊層橡膠隔震支座不可避免處於受拉狀態時，其拉應力不應大於1.0MPa。因此對於不規則的建築體系的隔震結構的疊層橡膠隔震支座存在抗拉性能不足的風險。
[0004]為解決疊層橡膠隔震支座抗拉能力不足一般會在薄弱位置採用抗拉裝置。抗拉裝置的設置原則是在不影響疊層橡膠隔震支座水平變形性能的前提下，對疊層橡膠隔震支座起到限制豎向拉伸變形的作用，確保疊層橡膠隔震支座在設計烈度地震作用下，仍能保持彈性的工作狀態，防止在超設計烈度地震作用下，疊層橡膠隔震支座因受拉變形過大，導致支座自身損壞，影響上部結構的使用功能。
[0005]因此為保證不規則隔震結構在罕遇地震作用下的安全，如何控制隔震結構體系中疊層橡膠隔震支座出現的拉應力超出限定值後，使用抗拉裝置精確限定隔震支座的豎向拉伸變形，確保隔震支座的正常工作狀態成為急需解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法，要解決在隔震結構體系中疊層橡膠隔震支座出現的拉應力超出限定值後，通過設置抗拉裝置做到精確控制隔震支座的豎向拉伸變形滿足限定值，確保隔震支座正常工作狀態的技術問題。
[0007]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法，包括如下步驟:
步驟一、結構布置與設計:進行建築不規則結構體系的整體構件布置及初步設計；步驟二、確定隔震支座的型號及數量:使用步驟一中得到的豎向力設計值確定疊層橡膠隔震支座的型號及數量；
步驟三、在試驗室內確定隔震支座的控制指標以及性能參數:
對隔震支座進行規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應力控制指標[° max]，
對隔震支座進行規定壓應力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數，對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，以確定隔震支座的豎向性能參數即豎向抗壓剛度；
步驟四、建立不規則結構體系的有限元模型:採用Midas結構分析軟體或SAP2000結構分析軟體建立上部結構材料模型為非隔震模型，建立下部帶有隔震支座單元的隔震結構為隔震模型；
步驟五、確定隔震支座出現拉伸力的位置及拉應力的大小:在步驟四中建立的有限元模型中輸入步驟三中獲得的在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線、規定壓應力下的隔震支座水平性能參數和規定水平變形下的隔震支座豎向性能參數，對隔震結構進行不同強度地震作用下產生的響應進行分析，
計算分析時非隔震模型及隔震模型設定為非線性屬性，根據分析結果確定在不同強度地震作用下隔震支座出現拉伸力的位置及拉應力[^]的大小；
步驟六、對隔震支座拉應力指標的判定:將步驟五中得到的隔震支座拉應力[^]的大小與步驟三中獲得的隔震支座的拉應力控制指標[c_]的大小進行比較；
步驟七、根據步驟六中隔震支座拉應力與隔震支座的拉應力控制指標的大小關係確定調整方案，對不規則體系的隔震支座採取抗拉控制措施，直至隔震支座拉應力[^.]小於隔震支座的拉應力控制指 標[o _]，則隔震支座安全性滿足要求，實現不規則結構體系中隔震層的抗拉控制。
[0008]所述步驟三中，隔震支座的拉應力控制指標的確定方法如下:
在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，在設計烈度強度地震作用下或超設計烈度地震作用下，在關係曲線中讀取支座的最大拉應力[c』_]和最大拉伸應變[^ max]對應的最大拉應力[c 」_]，取二者小值確定為支座的拉應力控制指標[0_]=
min {[ a 』 —]，[ a 」 J}。
[0009]所述步驟三中，[o 』 _]在設計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa,在超設計烈度地震作用下取1.n.2MPa ;所述[f _]在設計烈度地震作用下取7~10%，在超設計烈度地震作用下取12~15%。
[0010]所述步驟三中，隔震支座性能參數的確定方法如下:
①確定水平性能參數:在試驗內對隔震支座進行在規定壓應力下的水平滯回試驗，得到隔震支座的水平性能參數為:
使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(f M)，
使用鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(fm)、屈服前剛度0Tbl)、屈服後剛度0Tb2)、屈服剪力(Qy)；
②確定豎向性能參數:在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，得到隔震支座的豎向抗壓剛度orv)。
[0011]所述步驟七中，
若< [^fflaJ滿足抗拉控制要求，不需要設置抗拉裝置，
若> [^fflaJ不滿足抗拉控制要求，即隔震支座拉應力大於隔震支座的拉應力控制指標時，對不規則體系的隔震支座採取抗拉控制措施的方法如下:
①在該支座附近設置抗拉裝置，並初選抗拉裝置的截面尺寸及抗拉裝置間隙尺寸； ②重複步驟四至步驟六對帶有抗拉裝置的隔震結構進行不同強度地震作用的分析；
③根據②的分析結果判定隔震支座拉應力[O是否小於隔震支座的拉應力控制指標[O _]，抗拉裝置的橫杆豎向變形控制指標是否滿足要求以及抗拉裝置間隙尺寸控制指標是否滿足要求；
④若③不滿足要求，增大抗拉裝置構件尺寸或減小抗拉裝置間隙尺寸，並重複步驟①和②直至隔震支座拉應力控制指標[O _]、抗拉裝置橫杆豎向變形控制指標以及抗拉裝置間隙尺寸控制指標均滿足要求。
[0012]所述步驟七中，抗拉裝置採用鉤單元計算模型。
[0013]所述步驟七中，
抗拉裝置的橫杆豎向變形控制指標需滿足的要求是:在設計烈度地震作用下，抗拉裝置的橫杆豎向變形ω與橫杆長度L的比值小於1/600 ;在超設計烈度地震作用下，抗拉裝置橫杆豎向變形ω與橫杆長度L比值小於1/250,
抗拉裝置間隙尺寸控制指標需滿足的要求是:間隙尺寸控制在2?6mm。
[0014]與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果:
本發明提出了一種在不同強度地震作用下對不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法，解決了不規則結構系統的隔震層中出現的拉應力超出限定值後，通過調整隔震支座以及設置抗拉裝置做到精確控制隔震支座的豎向拉伸變形滿足限定值，確保隔震支座正常工作狀態的技術問題，通過對隔震支座在不同強度地震作用下拉應力的合理取值範圍、抗拉裝置橫杆的設計以及抗拉裝置的間隙尺寸的設計，有效控制了隔震支座拉應力的大小，減小了隔震支座因受拉對水平性能的影響，確保了疊層橡膠隔震支座在地震作用下的安全使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0016]圖1為本發明方法的流程圖。
[0017]圖2為本發明所涉及的疊層橡膠隔震支座平面布置示意圖。
[0018]圖3為本發明所涉及的抗拉裝置鉤單元的示意圖。
[0019]圖4為圖3中4的計算模型示意圖。
[0020]圖5為本發明實施例疊層橡膠隔震支座拉應力與豎向拉伸變形關係曲線。
[0021]附圖標記:1 一疊層橡膠隔震支座、2—抗拉裝置、3—雲線區域、4 一抗拉裝置鉤單元、41 一鉤單元上連接點、42 —鉤單元連接剛度、43 —抗拉裝置間隙尺寸、44 一鉤單元下連接點、45—抗拉裝置橫杆。
【具體實施方式】
[0022]結合附圖以某不規則隔震結構體系為實施例對該方法作詳細說明，該隔震結構體系中疊層橡膠隔震支座拉應力控制方法，應按如下步驟依次實現:參見圖1所示，
步驟一、結構布置與設計:進行建築不規則結構體系的整體構件布置及初步設計。
[0023]步驟二、確定隔震支座的型號及數量:使用步驟一中得到的豎向力設計值確定疊層橡膠隔震支座I的型號及數量。[0024]步驟三、在試驗室內確定隔震支座的控制指標以及性能參數:
對隔震支座進行規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應力控制指標[，具體如下:
在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，參見圖5所示，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，圖中表示疊層橡膠隔震支座拉應力(單位:MPa) #表示疊層橡膠隔震支座拉伸變形(單位:mm)。
[0025]本發明中規定水平變形是:在設防烈度地震作用下取剪切變形100% ;在罕遇地震作用下取剪切變形250%，而當隔震支座直徑不小於600mm時可取剪切變形100%。
[0026]在設計烈度強度地震作用下或超設計烈度地震作用下，在關係曲線中讀取支座的最大拉應力[o 』 _]和最大拉伸應變[e _]對應的最大拉應力[o 」 _]，取二者小值確定為支座的拉應力控制指標[^maJ= min{[c 』 _]，」max]}。
[0027][a ^ maJ在設計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa，在超設計烈度地震作用下取
1.l~1.2MPa;所述[%ax]在設計烈度地震作用下取疒10%，在超設計烈度地震作用下取I2~15%。
[0028]對隔震支座進行規定壓應力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數，具體如下:在試驗內對隔震支座進行在規定壓應力下的水平滯回試驗，得到隔震支座的水平性能參數為:
使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(f㈨)，
使用鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(^㈨)、屈服前剛度(仏)、屈服後剛度0rb2)、屈服剪力(Qy)。
[0029]對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，以確定隔震支座的豎向性能參數即豎向抗壓剛度，具體如下:確定豎向性能參數:在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，得到隔震支座的豎向抗壓剛度O；)。
[0030]本發明中規定壓應力是:甲類建築為IOMPa;乙類建築為12MPa;丙類建築為15MPa。
[0031]本實施例中在試驗室內試驗獲得疊層橡膠隔震支座性能參數如表一所示:
【權利要求】
1.一種不規則結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一、結構布置與設計:進行建築不規則結構體系的整體構件布置及初步設計； 步驟二、確定隔震支座的型號及數量:使用步驟一中得到的豎向力設計值確定疊層橡膠隔震支座的型號及數量； 步驟三、在試驗室內確定隔震支座的控制指標以及性能參數: 對隔震支座進行規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應力控制指標[° max]， 對隔震支座進行規定壓應力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數， 對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，以確定隔震支座的豎向性能參數即豎向抗壓剛度； 步驟四、建立不規則結構體系的有限元模型:採用Midas結構分析軟體或SAP2000結構分析軟體建立上部結構材料模型為非隔震模型，建立下部帶有隔震支座單元的隔震結構為隔震模型； 步驟五、確定隔震支座出現拉伸力的位置及拉應力的大小:在步驟四中建立的有限元模型中輸入步驟三中獲得的在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線、規定壓應力下的隔震支座水平性能參數和規定水平變形下的隔震支座豎向性能參數，對隔震結構進行不同強度地震作用下產生的響應進行分析， 計算分析時非隔震模型及隔震模型設定為非線性屬性，根據分析結果確定在不同強度地震作用下隔震支座出現拉伸力的位置及拉應力[O的大小； 步驟六、對隔震支座拉應力指標的判定:將步驟五中得到的隔震支座拉應力[^.]的大小與步驟三中獲得的隔震支座的拉應力控制指標[σ_]的大小進行比較； 步驟七、根據步驟六中隔震支座拉應力與隔震支座的拉應力控制指標的大小關係確定調整方案，對不規則體系的隔震支座採取抗拉控制措施，直至隔震支座拉應力[O小於隔震支座的拉應力控制指標[σ _]，則隔震支座安全性滿足要求，實現不規則結構體系中隔震層的抗拉控制。
2.根據權利要求1所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟三中，隔震支座的拉應力控制指標的確定方法如下: 在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪製隔震支座在規定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關係曲線，在設計烈度強度地震作用下或超設計烈度地震作用下，在關係曲線中讀取支座的最大拉應力[σ』_]和最大拉伸應變[^ max]對應的最大拉應力[σ 」_]，取二者小值確定為支座的拉應力控制指標[σ_] =min {[ σ 』 —]，[ σ 」 max]}。
3.根據權利要求2所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟三中，[σ 』 _]在設計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa，在超設計烈度地震作用下取1.1-1.2MPa ;所述[ε _]在設計烈度地震作用下取7~10%，在超設計烈度地震作用下取I2~15%。
4.根據權利要求1所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟三中，隔震支座性能參數的確定方法如下:①確定水平性能參數:在試驗內對隔震支座進行在規定壓應力下的剪切變形100%的水平滯回試驗，得到隔震支座的水平性能參數為: 使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(f M)， 使用鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數為等效剛度?,)、等效阻尼比(^㈨)、屈服前剛度orbl)、屈服後剛度orb2)、屈服剪力(Qy)； ②確定豎向性能參數:在試驗室內對隔震支座進行在規定水平變形下的豎向壓縮試驗，得到隔震支座的豎向抗壓剛度orv)。
5.根據權利要求1所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟七中， 若 [^fflaJ不滿足抗拉控制要求，即隔震支座拉應力大於隔震支座的拉應力控制指標時，對不規則體系的隔震支座採取抗拉控制措施的方法如下: ①在該支座附近設置抗拉裝置，並初選抗拉裝置的截面尺寸及抗拉裝置間隙尺寸； ②重複步驟四至步驟六對帶有抗拉裝置的隔震結構進行不同強度地震作用的分析； ③根據②的分析結果判定隔震支座拉應力[^]是否小於隔震支座的拉應力控制指標[o _]，抗拉裝置的橫杆豎向變形控制指標是否滿足要求以及抗拉裝置間隙尺寸控制指標是否滿足要求； ④若③不滿足要求，增大抗拉裝置構件尺寸或減小抗拉裝置間隙尺寸，並重複步驟①和②直至隔震支座拉應力控制指標[O _]、抗拉裝置橫杆豎向變形控制指標以及抗拉裝置間隙尺寸控制指標均滿足要求。
6.根據權利要求5所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟七中，抗拉裝置採用鉤單元計算模型。
7.根據權利要求5所述的一種隔震結構體系中隔震層的抗拉控制方法，其特徵在於:所述步驟七中， 抗拉裝置的橫杆豎向 變形控制指標需滿足的要求是:在設計烈度地震作用下，抗拉裝置的橫杆豎向變形《與橫杆長度L的比值小於1/600 ;在超設計烈度地震作用下，抗拉裝置橫杆豎向變形《與橫杆長度L比值小於1/250, 抗拉裝置間隙尺寸控制指標需滿足的要求是:間隙尺寸控制在2~6mm。
【文檔編號】E04B1/36GK103790256SQ201410043112
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月29日 優先權日:2014年1月29日
【發明者】劉鑫剛, 葛家琪, 張國軍, 張玲, 王明珠, 張曼生, 馬伯濤, 王樹, 管志忠 申請人:中國航空規劃建設發展有限公司