复合型建筑隔震体系的地震分析

工程科学与技术，国际期刊22（2019）399完整文章一种复合型建筑隔震体系Salah AlMusbahi Al-Güngör，AliKarabük大学，工程学院，冶金和材料工程系，土耳其阿提奇莱因福奥文章历史记录：2018年6月12日收到2018年8月16日修订2018年8月28日接受在线发售2018年保留字：ANSYS隔震系统混合复合材料结构分析地震波A B S T R A C T本文的主要内容是研究一种用于结构抗震保护的新型混杂复合隔震体系。利用ANSYS仿真软件进行建模分析。对一栋40层多自由度高层建筑在地震波作用下的动力响应进行了研究。在这项研究中，一个40层的结构被选择与建议的混合隔震系统进行改造和分析。建筑的宽度和高度分别为40米和160米。此外，刚度呈线性分布.在两种不同的边界条件下对建筑物进行了研究。在案例I中，建筑物的基础刚性地连接到地面，而在案例II中，它被改造为建议的混合隔震系统。考虑了两种情况，一种是刚性支承的，另一种是孤立的。结果表明，层间位移、速度和加速度都有明显的减小。计算结果表明，结构刚度增加，层间位移、速度和加速度显著减小。此外，隔震箱还可防止结构受到严重破坏，因此在结构中采用隔震箱是首选。©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍土木工程结构的振动控制是动力激励下的一个重要课题，也是国际上众多科学家和研究人员研究的一个基础这些研究的必要性是很高的，因为有一个明确的需要，以保护建筑物免受地震造成的损害这些损坏会导致结构的可用性丧失，以及由于超过可修复阈值的显著位移/加速度而导致的故障[1]。包括医院、发电站、通信中心、核设施和消防站在内的重要建筑物必须在地震运动之后和期间都能运行这就需要引入一个特殊的方案来设计用于保护结构的创新系统[2]。为此，已经开发了主动、半主动、被动和混合系统[3，4]。在所有解决方案中，近年来，安装在建筑物中的基础隔震系统以及半主动（混合）系统因其对地震震动和荷载的保护性能而受到欢迎[5，6]。它是一种流行的系统，以确保结构在强烈地震期间不会发生相对运动[7]。流体粘滞阻尼器（FVD）和磁流变（MR）在某些情况下被使用，因为它们是传统的半主动抗震措施[8，9]。*通讯作者。电子邮件地址：salah38076@yahoo.com（新加坡）AlMusbahi）。由Karabuk大学负责进行同行审查研究人员经常在各种条件下研究这种系统的半主动（SA）。例如，据报道[2]，结构与土壤之间的相互作用起着重要作用。Tena-Colunga等人[7]分析了基于建模的隔离的土壤-结构相互作用，并开发了全局不受控摇摆效应。此外，为了改善特定桥梁的响应，采用有限元法（FEM）评估结构改造的可能性[10]，并通过线性和动态分析评估结构响应。高阻尼橡胶（HDR）支座表现出复杂的行为。这在中国，为了保持高质量和低价格的广泛应用，对橡胶支座进行了大量的研究[12]。一些基础隔震系统使用弹簧凸轮系统，它可以产生球形支撑，有助于保护低层建筑免受破坏性地震的影响。研究人员对三层混凝土结构在ElCentro和Taft地震作用下的动力特性进行了研究。这些结果表明，当实际实施基础隔震时，位移、加速度和剪切力显著降低[13]。研究了三种不同的隔振系统，分别安装和组合安装。结果表明，基础隔震是一种有效的技术，它可以避免地震动完全传递到上部结构中，从而减少结构构件和内容物的重大损坏。首先，一个结构是https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.08.0152215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch400S. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399在其基础上隔离，为结构提供高柔性，使其免受地面运动的主导和严重影响，周期延长约三倍。分析了两种铅橡胶支座设计，其屈服力分别为建筑物总重量的15%和5%[14]。根据文献，研究人员提供了对强烈和中等地震运动的保护。结果表明，其中之一是对中强地震的近优防护另一个是适用于强运动[15]。本文提出了一种新的混合复合隔震体系，并在特定的支座上进行了应用。将所提出的系统应用于所述支撑基础中，并利用ANSYS进行模拟。考虑了两种情况，并对两种情况下的动力响应进行了比较。通过对支撑和隔震两种情况的对比试验，表明该模型具有较好的抗震性能。2. 材料和方法2. Solid 185用于完全集成和定义整个材料。对于自由度，使用（UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ），耦合物理功能使用（超弹性耦合）。3. 数学建模在本节中，提出了问题的数学公式以及解决方案的程序。为了简化问题，将每层简化为一组质量、弹簧和阻尼器。因此，建筑物的动力响应的控制方程可以通过写下每个质量的运动方程来获得，如下所示：M1€x1C1x_1-d_tC2x_1-x_2K1x1-DK2x1-x20M2€x2C2x_2-x_1C3x_2-x_3K2x2-x1K3x2-x30M3€x3C3x_3-x_2C4x_3-x_2C本文提出了一种新型的混合型复合隔震体系，即橡胶块与钢板的组合隔震体系建筑物表现为使用多层叠层橡胶支座与钢筋一起承受结构荷载，应在实际模型中对其进行在本节中，选择了一个40层的结构，用建议的混合隔震系统进行改造，K3x3-x2K4x3-x40. ......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......你好。. ......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......你好。. ......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......这是什么？......你好。M39€x39€C39€x_39-x_38€C40€x_39-x_40€K39英寸x39-x38英寸K40英寸x39-x40英寸M40€x40€C40€x_40-x_39€K40€x40-x39€ð1Þ分析了图1示出了具有所提出的隔离系统的建筑物。建筑的宽度和高度分别为40米和160米。此外，刚度呈线性分布。在两种不同的边界条件下对建筑物进行了研究。在案例I中，基础建筑刚性地连接到地面，而在案例I中，基础建筑被改造为建议的混合隔震系统。二.边界条件40层为自由层，基底位移为1.5 mm。式中xi、Mi、Ki和Ci分别为水平位移、质量、刚度和阻尼系数此外，所提出的隔震系统的控制方程如下。如果maxxjxb-d≠[j≥b½m];则n;Mb€xbK1xb-x1C1x_b-x_1sgnx_b-d_tl效MsMby使用元素溶液，元素数为120元素分析，元素类型为：1.带选项的实心（梁188）。作为橡胶结构使用作为（组合14）作为阻尼器14（弹簧阻尼器）。Kbxb-x1¼0如果maxxjxb-d≠[jb½m];则Mb€xbK1xb-x1C1x_b-x_1sgnx_b-d_tl效0ð2ÞS. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399401Fig. 1. 采用混合隔震系统的40层建筑示意图。402S. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399图二. ANSYS中的结构模型。图三. 40层楼在x方向的位移S. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399403fgfg½]½]½]¼式中，xb、yb、Mb和kb分别为基础的水平位移、竖向位移、质量和刚度。组合（Eqs. （1）和（2））导致结构的控制方程[1/2M]fX_g [1/2 C]fX_ g[1/2K]fX_ g [1/2F_g [1 / 2 C ] fX_g [1/2 K]fX_g[1/2 F_g [1/2 K] f X_g在这种情况下，M、C和K分别表示质量、阻尼和刚度的矩阵。此外，X和F表示位移和力矢量.在这种情况下，治理（Eq. （1）可以用适当的数值方法求解。另一方面，在有限元方法（FEM）中，质量弹簧阻尼器可以用适当的元件或元件的组合来建模，而它们的控制方程与（等式10）相同。（3）求出（）的数值解。（3）等价对结构进行有限元分析。ANSYS的模型如图2所示。建筑物固定在其基础上，然后，地震荷载作为加速度施加在基础上。见图4。 建筑物的位移与层数的关系。4. 结果和讨论为了证明所提出的混合隔震系统的能力，结构的动力响应，这是观察后，该系统的改造，得到。考虑了隔震体系（情况II），并与结构刚度取决于结构与基础之间的连接（情况I）进行了比较。40层的建筑结构承受地震荷载，因此，每层的质量为980，000 kg。此外，刚度假定为线性分布，因此第一层和第四层的刚度分别为1.93 GN/m和963MN/m。这座建筑物的地基是固定的。然后，地震荷载以a的加速度施加在结构上。5g持续5 s;其中g是重力加速度。此外，本发明还提供了一种方法，由于最后一层承受的动力荷载最大，因此被认为是研究的关键部位。图3描述了40层楼的位移，40层楼的最大位移为1.43955 mm，最小位移为0.15995 mm。图4显示了位移与层数的关系，并说明了建筑楼层的最大位移。结果表明，基础隔震结构在各层的位移、速度和加速度响应幅值均比基础位移为1.5mm的结构小得多，最大加速度位移和速度响应值分别见图1和图2。五比八基础隔震显著地减轻了结构的加速度响应。结构底层和顶板的位移响应。所有的数据都是从这一层得到的。图图5 -7给出了两种情况下最后一层的位移、速度和加速度随时间的变化。从这些图中可以看出，采用所提出的隔震系统显着降低位移，速度和加速度的振幅。因此，所介绍的混合复合隔震系统是适合用于结构，以防止其遭受严重的损害。许多研究人员的发现[16图五. 最后一层的位移随时间的变化：（a）情况（I），（b）情况（II）。404S. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399见图6。 最后一层的速度与时间的关系：（a）情况（I），（b）情况（II）。见图7。 最后一层的加速度与时间的关系：（a）情况（I），（b）情况（II）。研究表明，钢橡胶基础隔震系统在减少地震荷载下的结构反应方面是有效的基础隔震器的使用减少了地震时的层间位移和结构损坏如图所示，该建筑经过小修后即可入住。5-7 根据 AN SYS 模拟的结果。图中给出了几个输入地震动在x方向上的响应结果. 8输入地震动是人工合成的。根据本建筑物提供的最大值产生的地震波，作为建筑物中假设的最大设计地震。此外，在情况II中，结构的周期明显减少;因此，可以得出结论，结构的刚度通过使用载荷而增加。 因此，从图。5-8，确认所提出的系统使建筑物隔震系统更强，并吸收能量的S. AlMusbahi，A.Güngör/工程科学与技术，国际期刊22（2019）399405见图8。 40层楼在x方向的加速度毁灭性的地震许多研究人员的研究结果[195. 结论本文提出了一种新型的结构将该控制方程应用于一栋40层的高层建筑，利用ANSYS软件计算了该结构在地震波作用下得到的结果为刚性支撑和孤立的情况下，他们相互比较。可以看出：1. 随着结构刚度的增加，层间位移、速度和加速度均显著减小2. 由此产生的位移随时间增加，特别是基础隔震结构最后一层的位移。3. 混合隔震体系（橡胶层和钢板）在结构位移、隔震减隔震、高柔度和基底剪力等方面具有减隔震效果。4. 结果表明，隔震技术是一种较好的技术，应作为防止结构大规模破坏的首选技术。确认我们，作者，感谢我们祖国的资金支持，并感谢卡拉布克大学冶金与材料工程系的教职员工的合作与支持。引用[1] A.巴拉塔岛科尔比岛梁文龙，土壤动力振动控制的混合系统嵌入算法设计，土壤动力。地震工程74（2015）79-88.[2] F. Oliveira，P.G. de Morais，A. Suleman，基础隔震结构的半主动控制，ProcediaEng.114（2015）401-409。[3] F. Casciati，J. Rodellar，U. Yildirim，结构的主动和半主动控制-理论与应用：最新进展综述，J. 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