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地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性的多维度影响探究

一、引言

1.1研究背景与意义

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，常常给人类社会带来巨大的灾难。从古至今，无数的建筑在地震的肆虐下轰然倒塌，众多生命被无情吞噬，大量财产遭受惨重损失。如2024年2月6日，土耳其和叙利亚两国发生两次“百年一遇”的7.8级和7.5级地震，至少12座城市被摧毁，无数人流离失所，著名的古老建筑如建于1843年的“哈吉优素福清真寺”圆顶被毁，拥有1458年历史的加济安泰普城堡也严重倒塌。再如2024年3月28日缅甸发生的7.9级强震，致使全国特别是曼德勒地区大量古建筑、文化遗迹受损，世界上最大的宫殿——曼德勒皇宫宫墙倒塌，已有91年历史的地标老建筑阿瓦大桥部分坍塌。这些惨痛的案例无一不在警示着地震灾害的巨大破坏力以及建筑结构抗震研究的紧迫性。

为了提升建筑结构在地震中的安全性，隔震技术应运而生并得到了广泛的应用与发展。基础隔震作为其中一种重要的形式，通过在建筑物基础和上部结构之间设置隔震单元，形成具有全球复位功能的隔震层，有效增加结构的自振周期，减少地震作用对结构的影响，显著降低结构内部设备的输入，从而在减少结构地震损害和保护建筑物内部设备有效性方面发挥重要作用。串联隔震体系是基础隔震结构中的一种常见形式，它通常由叠层橡胶隔震支座和地下室悬臂柱组成。在实际工程中，为了使上部结构在地震作用下有足够的位移空间，隔震支座优先设置在地下室的柱顶部，此时地下室柱顶连梁的设置与否，会对串联隔震体系的稳定性产生影响。

地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性的影响研究具有重要的理论与实际意义。在理论方面，目前对于串联隔震体系的研究虽然取得了一定成果，但关于地下室柱顶连梁对体系稳定性影响的相关理论仍有待完善，深入探究这一影响有助于进一步丰富和发展基础隔震结构的理论体系。在实际应用中，建筑结构的稳定性直接关系到人们的生命财产安全。合理设置地下室柱顶连梁，能够有效提高串联隔震体系的稳定性，增强建筑结构在地震中的抗震能力，降低地震灾害带来的损失，保障建筑物在地震中的安全性能，为人们提供更加可靠的居住和工作环境。

1.2国内外研究现状

在基础隔震技术的发展历程中，串联隔震体系作为一种重要的结构形式，受到了国内外学者的广泛关注。国外在这一领域的研究起步较早，在隔震技术的理论研究和实践应用方面都取得了丰富的成果。美国、日本等地震多发国家，凭借其先进的科研条件和丰富的工程经验，对串联隔震体系的力学性能、地震响应以及设计方法等方面展开了深入研究。

在隔震技术的理论研究上，国外学者取得了一系列重要成果。Gent最早基于Haringx理论对叠层橡胶支座的力学性能展开研究，为后续研究奠定了理论基础。Koh和Kelly提出双自由度力学模型，简化了计算过程，对叠层橡胶支座在大水平位移时的力学性能进行了分析。Nagarajaiah等对Koh-Kelly双自由度力学模型进行改进，获得了更精确的临界荷载和水平刚度，Buckle通过试验验证了改进模型的有效性。随着高层隔震建筑的不断涌现，Kelly和Warm等对叠层橡胶支座的竖向刚度和拉伸屈曲进行了分析。Liu和Yang提出隔震支座的基本概念，较为系统地建立了隔震支座各种力学性能的计算理论和评价方法。

在串联隔震体系的研究方面，国外学者也进行了诸多探索。一些学者对串联隔震体系的大变形行为进行研究，考虑轴向伸长、一阶剪切变形等因素，建立几何非线性控制方程，并利用微分求积单元法等方法进行数值求解。通过研究发现，串联隔震体系大变形主要出现在叠层橡胶隔震支座处，地下室悬臂柱各处内力值呈近似均匀分布。还有学者对串联隔震体系在不同地震作用下的响应进行研究，分析地震波的频谱特性、体系的动力失稳区间等，判断在特定地震作用下体系的稳定性。

国内对串联隔震体系的研究也在不断深入和发展。随着国内建筑行业的快速发展以及对建筑抗震要求的不断提高，串联隔震体系在实际工程中的应用越来越广泛，相关研究也日益增多。国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内的工程实际情况和地震特点，开展了大量的理论分析、数值模拟和试验研究工作。

在理论分析方面，国内学者建立了多种串联隔震体系的分析模型。周锡元等建立了橡胶隔震支座与R/C柱串联系统的动力分析模型，给出了水平刚度与临界力计算公式。一些学者针对串联隔震体系在双向水平地震作用下的减震控制问题展开研究，建立运动方程，应用序列最优控制算法等对结构的地震反应进行振动控制。通过研究发现，在双向水平地震作用下，串联隔震体系具有一定的减震效果，但也存在隔震层位移大等问题。还有学者对串联隔震体系的二阶效应进行理论分析，考虑能量原理、线弹