[发明专利]一种带恢复功能的减隔震结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种带恢复功能的减隔震结构及其设计方法，结构包括上部结构Ⅰ、上部结构Ⅱ、预制消能构件、滑块、滑动曲面和刚性地基基础；所述上部结构Ⅰ、上部结构Ⅱ中的一种支撑在滑动曲面上，上部结构Ⅰ、上部结构Ⅱ中的另一种支撑在刚性地基基础上，支撑在滑动曲面上的上部结构底部与滑动曲面之间放置滑块，上部结构Ⅰ、上部结构Ⅱ均有各自独立的外伸刚性连梁/楼板，通过预制消能构件将上部结构Ⅰ、上部结构Ⅱ的刚性连梁/楼板相互连接。本发明可使上部主体结构在小震、中震、大震作用下均处于弹性状态，能够承受超罕遇地震，并在震后功能可恢复。

技术领域

本发明涉及一种带恢复功能的减隔震结构及其设计方法，属于建筑结构领域。

背景技术

运用摩擦摆隔震支座的建筑在相当烈度小震作用下，不能发挥其隔震作用，在中震及大震作用下隔震效果明显，并有摩擦耗能和自复位的特性。摩擦摆支座的抗拉刚度近乎为零，地震力等横向力作用于高层建筑时，建筑边缘及角部将会出现一定的拉力，因此对布置在建筑周边（特别是高层建筑周边）的摩擦摆支座容易出现拉脱的情况。

消能减震结构主要通过在结构中增加消能构件或阻尼器，为结构体系提供附加阻尼。通过消能构件或阻尼器对地震能量的耗散，达到保护主要结构构件的目的。但是在大震甚至是超罕遇地震时，耗能构件或阻尼器不足以消耗较多的地震能量，多数的地震能量还是被主体结构构件所消耗。因此，在大震及超罕遇地震时，消能减震结构的主体结构部分仍然会有损伤，其主体结构变形及损伤难以修复。

可恢复功能结构原于美日学者的NEES/E-Defence美日工程第二阶段合作研究会议。其主要思想在于结构变形和损伤的恢复。目前的主要做法为：在摇摆剪力墙及摇摆框架上施加预应力达到震后结构变形可恢复；通过更换结构的损伤构件达到结构损伤的恢复。但在大型结构中，摇摆墙及摇摆框架施加预应力困难，并且预应力损失不可控。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种带恢复功能的减隔震结构及其设计方法。

本发明的技术方案是：一种带恢复功能的减隔震结构，包括上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2、预制消能构件4、滑块5、滑动曲面6和刚性地基基础7；

所述上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2中的一种支撑在滑动曲面6上，上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2中的另一种支撑在刚性地基基础7上，支撑在滑动曲面6上的上部结构底部与滑动曲面6之间放置滑块5，上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2均有各自独立的外伸刚性连梁/楼板3，通过预制消能构件4将上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的刚性连梁/楼板3相互连接。

所述通过预制消能构件4将上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的刚性连梁/楼板3相互铰接。

一种带恢复功能的减隔震结构的设计方法，所述方法步骤如下：

S1、根据TMD减震原理，初步选定上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的各构件截面尺寸和材料参数，初步确定滑动曲面6的曲面半径和摩擦系数大小；其中材料参数包括材料种类、材料强度等级；

S2、根据建筑的空间尺度，选择合适的预制消能构件4布置于减隔震结构相应位置中，通过时程分析的方法计算减隔震结构在小震作用下的响应，计算后，上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2弹性余度处于50%-80%范围时，通过调整上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的截面尺寸、材料参数以及预制消能构件4的材料参数，确保上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2在小震作用下处于弹性状态。

还包括步骤S3：

S3、通过时程分析的方法计算步骤S2中调整后的结构在中震作用下的响应，计算后，上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2弹性余度处于30%-60%范围时，以改变上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的固有频率为原则，调整上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的截面尺寸、结构布置；通过调整上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2的截面尺寸及结构布置仍不能满足要求时，调整滑动曲面6的滑面半径；调整后的结构必须令上部结构Ⅰ1、上部结构Ⅱ2在中震作用下处于弹性状态。