P波对P―F隔震建筑结构多维地震反应影响探究.doc

P波对P―F隔震建筑结构多维地震反应影响探究 　　【摘 要】本文给出了层状结构竖向刚心位置、考虑三维地震波同时作用下的竖向构件轴力的计算公式，并结合结构稳定理论下的竖向构件的曲线，为基础滑移隔震结构纵波参与下的多维地震时程反应计算打开了思路及途径，通过工程案例的计算机仿真发现了一些本类结构的多维地震反应规律及特性，丰富了本类结构的研究方法及结论。 【关键词】基础滑移隔震；纵波与横波；结构多维地震反应；抗震减灾 1.引言 基础滑移隔震建筑结构（P-F结构）同时有三维地震作用时，纵波（P波）会对结构的刚度及结构自振频率及振型产生很大的影响，如果没有考虑竖向垂直地震波的作用从而认为建筑结构的柱、墙的各个方向的刚度是不随时间变化的常量，这为简化计算带来很大的方便，这在纵向地震波比较小时做出这样的简化是可行的，但当纵向地震加速度地震波和水平地震波处于同量级时其对结构的反应影响就会举足轻重。 2.结构竖向刚心位置的确定 为适应竖向惯性力所引发的结构二阶效应，本文第一次提出了竖向刚心的概念：不会引发倾覆力矩的竖向惯性力的合力点。具体计算公式为： 这里为第层柱（墙）形心在第层任楼盖固连坐标系上的坐标；为第层所有柱（墙）竖向刚心在第层楼盖任固连坐标系上的坐标；分别为第层第柱（墙）的弹性模量、截面面积、竖向长度。若没特别注明本文后续内容中的刚心指的就是竖向刚心。 3.结构竖向受力构件轴力的计算 在进行层状结构的非线性弹性运算时，结构各层各墙（柱）所受的轴向力是随时间不断变化的，从而各层各墙（柱）的各向刚度也在不断变化，结构的固有振动频率及振型也在不断发生变化；对于双轴对称的墙（柱）来说，轴力的变化仅对两向水平的抗侧刚度产生影响，在任意瞬时其轴力的计算公式如下： 其中：为第层第柱（墙）的轴力，压为正，拉为负；为层以上（包括层）各层楼盖三向惯性力所引起的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为层以上（包括层）各层楼盖三向惯性力所引起的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为第层柱（墙）上端弯矩对第层楼盖产生的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为第层柱（墙）上端剪力对第层楼盖产生的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为第层柱（墙）上端弯矩对第层楼盖产生的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为第层柱（墙）上端剪力对第层楼盖产生的绕第层过层竖向刚心平行轴的倾覆力矩；为第层柱（墙）形心在第层楼盖固连坐标系上的坐标；为第层所有柱（墙）竖向刚心在第层楼盖固连坐标系上的坐标；为考虑从向地震反应时第、-1层楼盖质心的竖向位移量。 4.结构竖向受力构件非线性抗侧刚度的计算 对于层状钢筋混凝土结构或钢结构有双轴对称的I形截面，矩形，圆形截面等两端固定各向同性材料杆件：若分别为在杆端处单位位移下的侧向剪力刚度及弯矩刚度，则有： 以为单位作为纵坐标，以为单位作为P横坐标，绘出杆件沿X方向的侧向随轴力P变化的刚度图（图1）。 从上图可以看出：杆端的侧向剪力刚度是随杆端的轴力变化的，当轴力为压力时，当时杆端的侧向剪力刚度是随杆端的轴力的增加而减小；当时；；当时杆端的侧向剪力刚度为零（最小失稳临界荷载），当时，杆端出现负刚度。当（拉力）杆端的侧向剪力刚度随杆端的轴拉力的增加而增加。 同样以为单位作为纵坐标，以为单位作为P横坐标，我们可以绘出杆件沿方向的侧向弯矩随轴力P变化的刚度图（图2），由图2可得出与侧向剪力刚度类似的分析结果。 砌体结构墙体的各向滞回曲线可查阅现成的资料或由实验得出。 以上的结论为结构的三维地震作用下内力反应时程计算及稳定性计算及竖向受力构件二阶抗侧刚度调整提供了理论依据。 5.工程案例 5.1工程介绍 本工程为一栋二层钢筋混凝土框架结构建筑，框架柱、框架梁、非框架梁、现浇楼板的混凝土强度等级为C30，现浇楼板与梯板厚为100 mm，楼梯踏步踏面尺寸为300 mm，踢面尺寸为160 mm，共24级净台阶；填充墙采用浆砌普通砖，填充墙为窗肚墙，填充墙和构造柱与结构构件脱开20 mm砌筑，填充墙高1.5m，刚性加厚基础滑板为C40钢筋混凝土筏板，除一层的KZ2、KZ3的截面尺寸为250mm×250mm外，其余的框架柱截面尺寸皆为300mm×300mm，基础滑板尺寸为10m×17m×1m，滑移隔震材料为聚四氟乙稀板，贴在基础地面和滑移承载面上，采用时程分析法求解El-centro水平两维、三维地震波分别作用下结构在罕遇地震下的各结构构件内力及位移地震时程反应。 5.2工程实施 一层的框架柱高度为；二层的框架柱高度为；聚四氟乙稀板滑动静摩擦系数为0.04， 滑动动摩擦系数为0.01；各层的计算控制点选在各层楼盖固连坐标系的原点，其它结构参数见文献