一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法
【專利摘要】一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法包括如下步驟：結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計；確定隔震支座的型號及數(shù)量；在試驗室內(nèi)確定隔震支座的控制指標以及性能參數(shù)；建立不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的有限元模型；確定隔震支座出現(xiàn)拉伸力的位置及拉應(yīng)力的大??；對隔震支座拉應(yīng)力指標的判定；對不規(guī)則體系的隔震支座采取抗拉控制措施，直至隔震結(jié)構(gòu)規(guī)則性滿足要求實現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制。本發(fā)明解決了在隔震結(jié)構(gòu)體系中疊層橡膠隔震支座出現(xiàn)的拉應(yīng)力超出限定值后，通過調(diào)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(tài)的技術(shù)問題。
【專利說明】一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程的隔震【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種在地震作用下，隔震結(jié)構(gòu)體系中疊層橡膠隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力超過設(shè)定限值的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，越來越多的建筑設(shè)計造型美觀，布局新穎，出現(xiàn)很多平面、空間不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這時往往采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)減小整體結(jié)構(gòu)水平地震響應(yīng)。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(guī)則的建筑體系容易造成建筑隔震結(jié)構(gòu)的角部及混凝土筒體下的疊層橡膠隔震支座產(chǎn)生拉應(yīng)力。我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定:疊層橡膠隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力；當疊層橡膠隔震支座不可避免處于受拉狀態(tài)時，其拉應(yīng)力不應(yīng)大于1.0MPa。因此對于不規(guī)則的建筑體系的隔震結(jié)構(gòu)的疊層橡膠隔震支座存在抗拉性能不足的風(fēng)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采用抗拉裝置?？估b置的設(shè)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(shè)計烈度地震作用下，仍能保持彈性的工作狀態(tài)，防止在超設(shè)計烈度地震作用下，疊層橡膠隔震支座因受拉變形過大，導(dǎo)致支座自身損壞，影響上部結(jié)構(gòu)的使用功能。
[0005]因此為保證不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的安全，如何控制隔震結(jié)構(gòu)體系中疊層橡膠隔震支座出現(xiàn)的拉應(yīng)力超出限定值后，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(tài)成為急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，要解決在隔震結(jié)構(gòu)體系中疊層橡膠隔震支座出現(xiàn)的拉應(yīng)力超出限定值后，通過設(shè)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(tài)的技術(shù)問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，包括如下步驟:
步驟一、結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計:進行建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的整體構(gòu)件布置及初步設(shè)計；步驟二、確定隔震支座的型號及數(shù)量:使用步驟一中得到的豎向力設(shè)計值確定疊層橡膠隔震支座的型號及數(shù)量；
步驟三、在試驗室內(nèi)確定隔震支座的控制指標以及性能參數(shù):
對隔震支座進行規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[° max]，
對隔震支座進行規(guī)定壓應(yīng)力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數(shù)，對隔震支座進行在規(guī)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(shù)即豎向抗壓剛度；
步驟四、建立不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的有限元模型:采用Midas結(jié)構(gòu)分析軟件或SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件建立上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為隔震模型；
步驟五、確定隔震支座出現(xiàn)拉伸力的位置及拉應(yīng)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(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線、規(guī)定壓應(yīng)力下的隔震支座水平性能參數(shù)和規(guī)定水平變形下的隔震支座豎向性能參數(shù)，對隔震結(jié)構(gòu)進行不同強度地震作用下產(chǎn)生的響應(yīng)進行分析，
計算分析時非隔震模型及隔震模型設(shè)定為非線性屬性，根據(jù)分析結(jié)果確定在不同強度地震作用下隔震支座出現(xiàn)拉伸力的位置及拉應(yīng)力[^]的大小；
步驟六、對隔震支座拉應(yīng)力指標的判定:將步驟五中得到的隔震支座拉應(yīng)力[^]的大小與步驟三中獲得的隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[c_]的大小進行比較；
步驟七、根據(jù)步驟六中隔震支座拉應(yīng)力與隔震支座的拉應(yīng)力控制指標的大小關(guān)系確定調(diào)整方案，對不規(guī)則體系的隔震支座采取抗拉控制措施，直至隔震支座拉應(yīng)力[^.]小于隔震支座的拉應(yīng)力控制指 標[o _]，則隔震支座安全性滿足要求，實現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)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(yīng)力控制指標的確定方法如下:
在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，在設(shè)計烈度強度地震作用下或超設(shè)計烈度地震作用下，在關(guān)系曲線中讀取支座的最大拉應(yīng)力[c’_]和最大拉伸應(yīng)變[^ max]對應(yīng)的最大拉應(yīng)力[c ”_]，取二者小值確定為支座的拉應(yīng)力控制指標[0_]=
min {[ a ’ —]，[ a ” J}。
[0009]所述步驟三中，[o ’ _]在設(shè)計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa,在超設(shè)計烈度地震作用下取1.n.2MPa ;所述[f _]在設(shè)計烈度地震作用下取7~10%，在超設(shè)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(shù)的確定方法如下:
①確定水平性能參數(shù):在試驗內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定壓應(yīng)力下的水平滯回試驗，得到隔震支座的水平性能參數(shù)為:
使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數(shù)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(shù)為等效剛度?,)、等效阻尼比(fm)、屈服前剛度0Tbl)、屈服后剛度0Tb2)、屈服剪力(Qy)；
②確定豎向性能參數(shù):在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)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(shè)置抗拉裝置，
若> [^fflaJ不滿足抗拉控制要求，即隔震支座拉應(yīng)力大于隔震支座的拉應(yīng)力控制指標時，對不規(guī)則體系的隔震支座采取抗拉控制措施的方法如下:
①在該支座附近設(shè)置抗拉裝置，并初選抗拉裝置的截面尺寸及抗拉裝置間隙尺寸； ②重復(fù)步驟四至步驟六對帶有抗拉裝置的隔震結(jié)構(gòu)進行不同強度地震作用的分析；
③根據(jù)②的分析結(jié)果判定隔震支座拉應(yīng)力[O是否小于隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[O _]，抗拉裝置的橫桿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(gòu)件尺寸或減小抗拉裝置間隙尺寸，并重復(fù)步驟①和②直至隔震支座拉應(yīng)力控制指標[O _]、抗拉裝置橫桿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，抗拉裝置采用鉤單元計算模型。
[0013]所述步驟七中，
抗拉裝置的橫桿豎向變形控制指標需滿足的要求是:在設(shè)計烈度地震作用下，抗拉裝置的橫桿豎向變形ω與橫桿長度L的比值小于1/600 ;在超設(shè)計烈度地震作用下，抗拉裝置橫桿豎向變形ω與橫桿長度L比值小于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(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果:
本發(fā)明提出了一種在不同強度地震作用下對不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，解決了不規(guī)則結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的隔震層中出現(xiàn)的拉應(yīng)力超出限定值后，通過調(diào)整隔震支座以及設(shè)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(tài)的技術(shù)問題，通過對隔震支座在不同強度地震作用下拉應(yīng)力的合理取值范圍、抗拉裝置橫桿的設(shè)計以及抗拉裝置的間隙尺寸的設(shè)計，有效控制了隔震支座拉應(yīng)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(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0016]圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
[0017]圖2為本發(fā)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(fā)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(fā)明實施例疊層橡膠隔震支座拉應(yīng)力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線。
[0021]附圖標記:1 一疊層橡膠隔震支座、2—抗拉裝置、3—云線區(qū)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—抗拉裝置橫桿。
【具體實施方式】
[0022]結(jié)合附圖以某不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)體系為實施例對該方法作詳細說明，該隔震結(jié)構(gòu)體系中疊層橡膠隔震支座拉應(yīng)力控制方法，應(yīng)按如下步驟依次實現(xiàn):參見圖1所示，
步驟一、結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計:進行建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的整體構(gòu)件布置及初步設(shè)計。
[0023]步驟二、確定隔震支座的型號及數(shù)量:使用步驟一中得到的豎向力設(shè)計值確定疊層橡膠隔震支座I的型號及數(shù)量。[0024]步驟三、在試驗室內(nèi)確定隔震支座的控制指標以及性能參數(shù):
對隔震支座進行規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[，具體如下:
在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，參見圖5所示，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，圖中表示疊層橡膠隔震支座拉應(yīng)力(單位:MPa) #表示疊層橡膠隔震支座拉伸變形(單位:mm)。
[0025]本發(fā)明中規(guī)定水平變形是:在設(shè)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于600mm時可取剪切變形100%。
[0026]在設(shè)計烈度強度地震作用下或超設(shè)計烈度地震作用下，在關(guān)系曲線中讀取支座的最大拉應(yīng)力[o ’ _]和最大拉伸應(yīng)變[e _]對應(yīng)的最大拉應(yīng)力[o ” _]，取二者小值確定為支座的拉應(yīng)力控制指標[^maJ= min{[c ’ _]，”max]}。
[0027][a ^ maJ在設(shè)計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa，在超設(shè)計烈度地震作用下取
1.l~1.2MPa;所述[%ax]在設(shè)計烈度地震作用下取疒10%，在超設(shè)計烈度地震作用下取I2~15%。
[0028]對隔震支座進行規(guī)定壓應(yīng)力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數(shù)，具體如下:在試驗內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定壓應(yīng)力下的水平滯回試驗，得到隔震支座的水平性能參數(shù)為:
使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數(shù)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(shù)為等效剛度?,)、等效阻尼比(^㈨)、屈服前剛度(仏)、屈服后剛度0rb2)、屈服剪力(Qy)。
[0029]對隔震支座進行在規(guī)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(shù)即豎向抗壓剛度，具體如下:確定豎向性能參數(shù):在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)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(fā)明中規(guī)定壓應(yīng)力是:甲類建筑為IOMPa;乙類建筑為12MPa;丙類建筑為15MPa。
[0031]本實施例中在試驗室內(nèi)試驗獲得疊層橡膠隔震支座性能參數(shù)如表一所示:
【權(quán)利要求】
1.一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計:進行建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的整體構(gòu)件布置及初步設(shè)計； 步驟二、確定隔震支座的型號及數(shù)量:使用步驟一中得到的豎向力設(shè)計值確定疊層橡膠隔震支座的型號及數(shù)量； 步驟三、在試驗室內(nèi)確定隔震支座的控制指標以及性能參數(shù): 對隔震支座進行規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，以確定在不同強度地震作用下隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[° max]， 對隔震支座進行規(guī)定壓應(yīng)力下的水平滯回試驗，以確定隔震支座的水平性能參數(shù)， 對隔震支座進行在規(guī)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(shù)即豎向抗壓剛度； 步驟四、建立不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系的有限元模型:采用Midas結(jié)構(gòu)分析軟件或SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件建立上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為隔震模型； 步驟五、確定隔震支座出現(xiàn)拉伸力的位置及拉應(yīng)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(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線、規(guī)定壓應(yīng)力下的隔震支座水平性能參數(shù)和規(guī)定水平變形下的隔震支座豎向性能參數(shù)，對隔震結(jié)構(gòu)進行不同強度地震作用下產(chǎn)生的響應(yīng)進行分析， 計算分析時非隔震模型及隔震模型設(shè)定為非線性屬性，根據(jù)分析結(jié)果確定在不同強度地震作用下隔震支座出現(xiàn)拉伸力的位置及拉應(yīng)力[O的大小； 步驟六、對隔震支座拉應(yīng)力指標的判定:將步驟五中得到的隔震支座拉應(yīng)力[^.]的大小與步驟三中獲得的隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[σ_]的大小進行比較； 步驟七、根據(jù)步驟六中隔震支座拉應(yīng)力與隔震支座的拉應(yīng)力控制指標的大小關(guān)系確定調(diào)整方案，對不規(guī)則體系的隔震支座采取抗拉控制措施，直至隔震支座拉應(yīng)力[O小于隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[σ _]，則隔震支座安全性滿足要求，實現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟三中，隔震支座的拉應(yīng)力控制指標的確定方法如下: 在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定水平變形下的豎向拉伸滯回試驗，繪制隔震支座在規(guī)定水平變形下的拉力與豎向拉伸變形關(guān)系曲線，在設(shè)計烈度強度地震作用下或超設(shè)計烈度地震作用下，在關(guān)系曲線中讀取支座的最大拉應(yīng)力[σ’_]和最大拉伸應(yīng)變[^ max]對應(yīng)的最大拉應(yīng)力[σ ”_]，取二者小值確定為支座的拉應(yīng)力控制指標[σ_] =min {[ σ ’ —]，[ σ ” max]}。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟三中，[σ ’ _]在設(shè)計烈度地震作用下取0.8(Tl.0MPa，在超設(shè)計烈度地震作用下取1.1-1.2MPa ;所述[ε _]在設(shè)計烈度地震作用下取7~10%，在超設(shè)計烈度地震作用下取I2~15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟三中，隔震支座性能參數(shù)的確定方法如下:①確定水平性能參數(shù):在試驗內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)定壓應(yīng)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(shù)為: 使用無鉛芯疊層橡膠隔震支座時，得到的參數(shù)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(shù)為等效剛度?,)、等效阻尼比(^㈨)、屈服前剛度orbl)、屈服后剛度orb2)、屈服剪力(Qy)； ②確定豎向性能參數(shù):在試驗室內(nèi)對隔震支座進行在規(guī)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟七中， 若< [^fflaJ滿足抗拉控制要求，不需要設(shè)置抗拉裝置， 若> [^fflaJ不滿足抗拉控制要求，即隔震支座拉應(yīng)力大于隔震支座的拉應(yīng)力控制指標時，對不規(guī)則體系的隔震支座采取抗拉控制措施的方法如下: ①在該支座附近設(shè)置抗拉裝置，并初選抗拉裝置的截面尺寸及抗拉裝置間隙尺寸； ②重復(fù)步驟四至步驟六對帶有抗拉裝置的隔震結(jié)構(gòu)進行不同強度地震作用的分析； ③根據(jù)②的分析結(jié)果判定隔震支座拉應(yīng)力[^]是否小于隔震支座的拉應(yīng)力控制指標[o _]，抗拉裝置的橫桿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(gòu)件尺寸或減小抗拉裝置間隙尺寸，并重復(fù)步驟①和②直至隔震支座拉應(yīng)力控制指標[O _]、抗拉裝置橫桿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(jù)權(quán)利要求5所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟七中，抗拉裝置采用鉤單元計算模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隔震結(jié)構(gòu)體系中隔震層的抗拉控制方法，其特征在于:所述步驟七中， 抗拉裝置的橫桿豎向 變形控制指標需滿足的要求是:在設(shè)計烈度地震作用下，抗拉裝置的橫桿豎向變形《與橫桿長度L的比值小于1/600 ;在超設(shè)計烈度地震作用下，抗拉裝置橫桿豎向變形《與橫桿長度L比值小于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(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)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(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司