滑移隔震结构滑移量的计算研究

第２６卷第１８期　甘肃科技　Ｉｆ＿２６　Ｎｏ．１８　２０１０年９月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｐ．　２０１０　滑移隔震结构滑移量的计算研究　郭辉，刘超宝　（西安建筑科技大学粉体工程研究所建材设计院，陕西西安７　１００５５）　摘要：滑移位移是滑移隔震结构设计必需考虑的一个重要指标。通过有限元动力时程分析，研究了场地类别、持　时及阻尼比对滑移位移的影响，以便为滑移隔震结构设计提供参考依据。　关键词：滑移隔震结构；场地类别；持时：阻尼比　中图分类号：ＴＵ３７５　传统抗震方法设计的结构在地震作用下往往造　完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩　成生命财产的重大损失。基于消能和滤波原理的基　阵缩减）。它是３种方法中功能最强的，允许包括　础隔震技术从根本上改变了传统抗震设计方法依靠　各类非线性（塑性，大变形，大应变，接触单元分析　增加结构承载力、强度进行“硬抗”的思想，从而达　等）。因此，可以用来分析滑移隔震结构。　到全面降低结构动力响应的目的，保护结构及其内　分析中考虑了惯性和阻尼的影响，因此。要打开　部设施安全Ｌ】　Ｊ。通过计算，分析了影响滑移量的　时间积分效果。阻尼在瞬态动力学分析中可以指定　因素（包括结构分析模型，地震动特性，恢复力模　３种形式：Ａｌｐｈａ（质量）阻尼、Ｂｅｔａ（刚度）阻尼、和材　型，减震耗能装置等），利用ＡＮＳＹＳ对结构在地震作　料相关的（Ｂｅｔａ）阻尼［ＭＰ，ＤＡＭＰ］，本分析只考虑　用下的滑移位移进行分析，归纳对比各种参数对滑　前两种形式的阻尼。加载方式用的是Ｒａｍｐｅｄ（直　移位移量的影响规律，从而为滑移隔震结构设计提　线上升）方式。自动时间步长为打开状态，以便分　供参考依据。　析时间步长自动优化。线性搜索选项打开。　１　采用ＡＮＳＹＳ动力分析的条件及计　根据摩擦滑移隔震体系的特点，对摩擦滑移隔　算模型　震结构作如下假定：１）上部结构为线弹性体，剪切　变形；２）房屋基底与基础之间的摩擦系数动静状态　ＡＮＳＹＳ瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）　时分别保持常量，但是静止时和滑动时的最大摩擦　是用于确定承受任意的随时间变化荷载的结构的动　系数比值设定为１．２，并符合库仑摩擦定律；３）仅考　力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定　虑水平地震作用。当结构所受的惯性力小于极限摩　结构在静载荷，瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下　擦力时，结构基底与基础之间处于啮合阶段，结构只　的随时间变化的位移，应变，应力及力。载荷和时间　发生上部弹性变形；当结构所受的惯性力超过极限　的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。瞬态动　摩擦力时，结构基底与基础之间处于滑移阶段。当　力学分析的求解的基本运动方程是：［Ｍ］｛Ｘ｝＋　滑移层的摩擦系数确定时，地震传人上部结构的最　［ｃ］｛Ｘ｝＋［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｐ｝其中：［Ｍ］＝质量矩阵；　大基底剪力就是极限摩擦力。结构的动力分析模　［ｃ］＝阻尼矩阵；［Ｋ］＝刚度矩阵；｛Ｘ｝＝节点加速　型，如图１所示。　度向量；｛Ｘ｝＝节点速度向量；｛Ｘ｝＝节点位移向量。　在任意给定的时间ｔ，这些方程可看作是一系列考虑　了惯性力［Ｍ］｛Ｘ｝和阻尼了［ｃ］｛Ｘ｝的静力学平衡　方程。ＡＮＳＹＳ程序使用Ｎｅｗｍａｒｋ时间积分方法在　离散的时间点上求解这些方程。接连的时间点间的　时间增量称为积分时间步长（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｓｔｅｐ）。　瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Ｆｕｕ）　法、缩减（Ｒｅｄｕｃｅｄ）法及模态叠加法。采用完全法，　图１有限元分析模型　甘肃科技　第２６卷　面运动加速度为０．２５ｇ，摩擦系数为　＝０．１的情况　２场地类别及持时对滑移位移量的影　下进行瞬态时程分析计算。结果见表１和图２。　响　’　樊ｊ蓐地暖区　＝ｏ．１对四条诫隔震层位咎噜应对疆越线　在同一条地震波作用下，不同摩擦系数对应的　位移曲线有着相似的曲线特征，即曲线波形和走势　相近　Ｊ。因此，只需要取一个摩擦系数和地震烈度　进行完整计算，就可以说明持时及场地类别对位移　的影响了。　根据和文献［３］，摩擦系数　取０．１左右比较　合理，下面分别取天津宁河波、Ｅ１一Ｃｅｎｔｒｏ波、Ｔａｒ波　和迁安波四条地震波，在地震烈度为８度地区，即地　图２四种类别场地环境下地震响应曲线　表１　四种类别场地８度区ｉａ＝０．１时四条地震波作用下隔震结构响应特性　由计算结果可知，在相同的加速度峰值下，滑动　继续增大的趋势，它们的最终滑移量就是最大滑移　位移幅值与场地类别有较大关系。地震动对一类地　量。而持时对二类三类地区的影响就不是很明显，　区的结构基底滑移量影响最小，二类、四类次之，三　由于它们的最终滑移量不是最大滑移量，持时的增　类影响最大。但是总体趋势是场地类别越高，相同　加在某种程度上反而有利于最终滑移量的减小。　其他条件下滑移位移越大，这是因为场地类别越高，　卓越周期越长，在较大的速度峰值下，滑动时的滑移　３不同结构阻尼比对滑移位移量的影　时间相应较长。因此，位移的最大滑移量相对较大。　响　同时，从图２可以清楚看出，持时对滑移量的影响不　下面是将阻尼比调整为两个不同数值，在８度　是绝对的，对于不同的地震波，其对最大滑移量和最　地震作用下，Ｘ　＝０．２５ｇ，摩擦系数取０．１，分别输入　终滑移量的影响差别很大。例如，持时对三四类场　四类场地的四条不同地震波，研究滑移隔震结构的　的最终滑移量和最大滑移量的影响是很明显的，因　响应特性，计算结果见表２、图３—６。　为三类四类场地的两条曲线都是随着时间的延长有　表２不同阻尼比条件下滑移位移的响应　ｍ　ｔ蛐搜暖地区■量矗位咎■应对疆由拽　图３迁安波基底滑移位移响应特性　图４　ｔａｆｔ基底滑移位移响应特性　第１８期　郭辉等：滑移隔震结构滑移量的计算研究　Ｉ一洼嚏地区陌置盛位＃■盅时疆由拽　５５　ｉ壬安谴８　地锰艟震蔗位罄啼廓时楗自拽　图５　ｅｌｃｅｎｔｒｏ基底滑移位移响应特性　图６宁河波基底滑移位移响应特性　由计算结果可知，在相同加速度峰值下，滑动位　移与阻尼比有很大关系。在各种类别场地和地震波　下，阻尼比从毫＝０．０２变化到专＝０．０５时，位移量都　变小很多，从表２和图３～６可见，最大位移量大约　减小３５％左右。因此可以说，滑移隔震结构的阻尼　比对结构基底的滑移位移量的影响很大，设计时不　可忽略。　变化到时，最大位移量大约减小３５％左右。因此可　以说，滑移隔震结构的阻尼比对结构基底的滑移位　移量的影响很大，设计时不可忽略。　３）多数地震波对滑移量的影响都符合一定的　规律，但是特殊地震波的频谱特性对位移的影响相　当大（如Ｅｌ—Ｃｅｎｔｒｏ波的频谱特性对结果影响很　大）。这类地震波对位移的影响不能按照一般规律　来套用和解释。　参考文献：　［１］唐家祥，刘再华．建筑结构基础隔震［Ｍ］．华中理工大　学出版社，１９９３．　４结论　通过以上有限元计算结果可以总结，滑移隔震　结构主要表现为以下特性：　１）持时对滑移量的影响不是绝对的，对于不同　［２］周福霖．工程结构减震控制［Ｍ］．地震出版社，１９９７．　的地震波，其对最大滑移量和最终滑移量的影响差　别很大。例如，持时对三四类场的最终滑移量和最　大滑移量的影响是很明显的，因为三类四类场地的　两条曲线都是随着时间的延长有继续增大的趋势，　它们的最终滑移量就是最大滑移量。而持时对二类　三类地区的影响就不是很明显，由于它们的最终滑　移量不是最大滑移量，持时的增加在某种程度上反　而有利于最终滑移量的减小。　［３］刘超宝．滑移隔震结构滑移量的ＡＮＳＹＳ分析［Ｄ］．西　安建筑科技大学硕士论文，２００７．　［４］　熊仲明，俞茂宏．基础滑移隔震的地震响应计算［Ｊ］．　西安建筑科技大学，２００２（１２）．　［５］　熊仲明．基础滑移隔震房屋结构设计与工程应用的理　论研究［Ｊ］．振动与冲击，２００３（３）．　［６］Ｍａｓａｓｈｉ　Ｉｕｒａ，Ｋｕｎｉｈｉｔｏ　Ｍａｔｓｕｉ．Ａ砌ｙ１ｉｃａ１　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｍｏｄｅｓ　ｉｎ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｍｏｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｔ－　ｔａｒｅｓ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｄｙ．￣ｍ－　ｉｔｓ．１９９２，２１：７５７－７６９．　２）在相同加速度峰值下，滑动位移与阻尼比有　很大关系。在各种类别场地和地震波下，阻尼比从　（上接第１０９页）　［３］迈克尔－波特．竞争优势［Ｍ］．陈小悦译．北京：华夏　出版社，１９９７．　总之，公路施工企业在工程项目成本管理过程　中要加强内部成本控制，充分利用外部信息，不断提　高自身管理水平，只有这样才能在在确保工程质量、　安全、进度等同时实现工程成本的最低。　参考文献：　［１］陈轲．企业战略成本管理研究［Ｍ］．北京：中国财政经　济出版社，２００１．　［４］　焦跃华，袁天荣．论战略成本管理的基本思想与方法　［Ｊ］．会计研究，２００１．　［５］冉秋红，刘玉凤．企业成本管理模式研究［Ｊ］．财会通　讯，２００５（６）．　［６］　欧阳清．我国成本管理改革的回顾和展望［Ｊ］．会计研　究，１９９８（５）．　［７］　南京大学会计学系课题组．中国企业成本管理方法及　其效果的调查分析［Ｊ］．会计研究，２００１．　［２］胡玉明．高级成本管理会计［Ｍ］．厦门大学出版社，　２Ｏ０２．