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村镇房屋低造价隔震新技术的研究

作　者: 曹京源
导　师: 黄襄云
学　校: 广州大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 村镇房屋实地调研纤维橡胶隔震技术理论研究试验研究
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

范围广大的村镇地区，是抗震设防工作比较薄弱的地区，村镇民用住宅，造价较低，基本上没有考虑抗震设防，一旦出现破坏性地震灾害，村镇地区的房屋大量倒塌，人员伤亡惨重。传统的叠层钢板橡胶支座隔震技术能增强房屋的抗震性能，隔震结构房屋在世界范围内经受了地震的考验，证明具有令人惊叹的隔震减震效果。但传统的叠层钢板橡胶隔震支座重量大，制作工艺复杂，造价高，很难在村镇房屋中推广使用。本文研究了一种适用于村镇地区1~3层砌体房屋的低造价隔震新技术，这种隔震新技术使用的隔震装置采用纤维层代替传统叠层钢板橡胶隔震支座中的叠层钢板，大大降低了隔震支座的造价和重量。这种新型隔震支座——纤维橡胶隔震支座的隔震机理明确，隔震效果明显，能有效的防止村镇房屋在地震作用下的倒塌和严重损坏；具有自动复位功能；且材料容易取得，重量轻，造价低，性能好，运输和施工安装方便，容易为村镇居民所接受，容易推广；可在地震烈度高且经济欠发达的地区应用，以改进村镇房屋的抗震性能，保障广大村镇居民在地震威胁下的生命和财产安全。本文以对纤维橡胶隔震支座的理论研究、试验研究及有限元分析为基础，主要进行了以下几方面的研究工作：1)对国内典型的村镇地区进行调研，了解目前国内典型村镇地区房屋的建筑结构形式、抗震性能以及抗震设防的现状，为研究低造价的纤维橡胶隔震支座的必要性提供可靠依据；2)对纤维橡胶隔震支座进行理论分析，建立系统的理论依据；3)使用ANSYS有线元软件对纤维橡胶隔震支座进行计算分析，研究改进支座的设计参数和成型工艺，使其性能优越，易于制造，方便使用；4)对纤维橡胶隔震支座进行系统的压缩特性、剪切特性、压剪相关性及极限性能等力学性能试验，给出隔震结构动力反应分析时纤维橡胶隔震支座的刚度和阻尼等力学特性的取值范围；5)以村镇地区普遍使用的两层砌体结构房屋为例，对采用纤维橡胶隔震支座的村镇房屋进行隔震设计计算分析；6)设计制作了采用纤维橡胶隔震装置的村镇砌体结构房屋模型（比例为1/2），进行了模拟地震振动台试验，与同样的非隔震房屋模型进行对比振动台试验分析，对比验证纤维橡胶隔震支座隔震房屋的隔震效果，并采用SAP2000有限元软件对振动台试验进行仿真分析；7)对采用纤维橡胶隔震支座和摩擦滑移隔震支座的并联复合隔震体系进行了一系列的理论分析。论文最后对上述研究成果作了简单的总结，并指出进一步研究的方向和亟待完成的工作。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-27
  1.1 引言  15-16
  1.2 村镇砌体房屋地震灾害分析  16-21
  1.3 隔震技术国内外研究现状  21-23
  1.4 村镇房屋隔震技术国内外研究现状  23
  1.5 本文研究目的和主要研究内容  23-27
    1.5.1 研究目的和意义  23-24
    1.5.2 主要研究内容  24-27
第二章村镇建筑抗震设防现状调研报告  27-35
  2.1 调研概况  27-29
    2.1.1 调研目的  27
    2.1.2 调研对象、调研内容及方式  27-29
  2.2 调研结果  29-34
    2.2.1 村镇建筑结构形式及特点  29-31
    2.2.2 村镇建筑结构构造和施工  31-32
    2.2.3 村镇居民的抗震防灾意识  32-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章纤维橡胶隔震支座的理论研究  35-53
  3.1 纤维橡胶隔震支座的几何构造  35-37
  3.2 纤维橡胶隔震支座的力学性能  37-51
    3.2.1 纤维橡胶隔震支座的竖向力学性能  37-44
    3.2.2 纤维橡胶隔震支座的水平向力学性能  44-45
    3.2.3 纤维橡胶隔震支座的受弯力学性能  45-49
    3.2.4 纤维橡胶隔震支座的水平极限位移性能  49-51
  3.3 本章小结  51-53
第四章纤维橡胶隔震支座的有限元分析  53-77
  4.1 计算程序说明  53
  4.2 纤维橡胶隔震支座有限元分析  53-72
    4.2.1 数值模型  53-57
      4.2.1.1 本构关系  53-54
      4.2.1.2 单元选取  54-55
      4.2.1.3 建模方法  55-56
      4.2.1.4 网格划分  56
      4.2.1.5 问题规模  56
      4.2.1.6 模型检查  56-57
    4.2.2 分析工况方案  57
    4.2.3 有限元计算结果  57-72
  4.3 U 型钢带限位装置有限元分析  72-75
    4.3.1 U 型钢带水平刚度有限元分析  73-74
    4.3.2 U 型钢带竖向拉伸刚度有限元分析  74-75
  4.4 本章小结  75-77
第五章纤维橡胶隔震支座的力学性能试验研究  77-93
  5.1 纤维橡胶隔震支座试验试件  77-78
  5.2 试验设备  78-79
  5.3 纤维橡胶隔震支座竖向性能试验  79-82
    5.3.1 竖向刚度试验  79-81
    5.3.2 竖向承载力极限性能试验  81-82
  5.4 纤维橡胶隔震支座水平性能试验  82-86
    5.4.1 水平刚度试验  82-85
    5.4.2 水平极限性能试验  85-86
  5.5 纤维橡胶隔震支座相关性试验  86-91
    5.5.1 剪切应变相关性试验  86-88
    5.5.2 面压相关性试验  88-91
  5.6 本章小结  91-93
第六章工程实例隔震效果的比较和构造要求  93-107
  6.1 工程概况  93-95
  6.2 结构设计依据  95
  6.3 隔震设计方案  95-97
  6.4 隔震结构偏心率的计算  97
  6.5 隔震结构计算与分析(Ⅰ) —等效侧力法  97-99
  6.6 隔震结构计算与分析(Ⅱ) —时程分析法  99-103
  6.7 隔震支座应力分析  103-104
  6.8 隔震层结构的构造说明  104-105
    6.8.1 房屋隔震层的施工顺序  104-105
    6.8.2 隔震支座的上下联结  105
    6.8.3 隔震支座的二道防线设计  105
    6.8.4 上部结构与周边的隔离措施  105
    6.8.5 楼梯、台阶隔离设计  105
    6.8.6 管线处理  105
  6.9 本章小结  105-107
第七章模拟地震振动台试验研究及其仿真分析  107-137
  7.1 模拟地震振动台试验研究  107-128
    7.1.1 试验研究目的和内容  107
    7.1.2 模型设计  107-108
    7.1.3 试验模型  108-110
    7.1.4 试验方案  110-116
    7.1.5 试验结果  116-128
      7.1.5.1 模型结构动力特性分析  116-117
      7.1.5.2 模型加速度反应  117-122
      7.1.5.3 层间剪力分析  122-123
      7.1.5.4 隔震支座位移情况  123
      7.1.5.5 隔震支座的恢复力特性  123-125
      7.1.5.6 模型结构的应变分析及结构破坏现象  125-128
  7.2 模拟地震振动台试验仿真分析  128-135
  7.3 本章小结  135-137
第八章纤维橡胶隔震支座和摩擦滑移隔震支座复合隔震体系  137-153
  8.1 复合隔震体系的基本原理  137-138
  8.2 摩擦阻尼的基本原理  138-140
  8.3 复合隔震体系计算简图和运动方程  140-143
  8.4 复合隔震体系隔震层参数  143-147
    8.4.1 纤维橡胶隔震支座水平刚度和竖向刚度  143-145
    8.4.2 隔震层阻尼比参数的确定  145-147
  8.5 复合隔震体系自适应保护特性  147-151
    8.5.1 自适应保护特性基本原理  147-149
    8.5.2 复合隔震体系隔震层水平力与位移的关系  149-151
  8.6 本章小结  151-153
第九章结论与展望  153-157
  9.1 主要结论  153-155
  9.2 研究展望  155-157
参考文献  157-163
攻读硕士学位期间发表的论文  163-165
攻读硕士学位期间参与的项目  165-167
致谢  167

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