三维隔震结构地震反应分析及其灾变控制研究

三维隔震在保护建筑结构安全，保护室内精密仪器、设备设施、文物安全和减轻环境振动等具有重要意义。本项目针对三维隔震建筑结构，通过理论研究、数值模拟分析和三维隔震结构模型振动台试验验证等方法，系统研究三维隔震结构减震机理、水平与竖向地震反应耦合效应及控制方法和超大震作用下三维隔震结构反应特征和灾变控制方法等基础性内容，含①研究三维隔震结构的多因素耦合计算模型；②三维隔震支座多维变形状态下的本构关系研究,并建立相应的数学模型；③研究隔震层多维非线性下多维地震作用耦合效应及反应控制方法；④建立基于简化计算模型的反应谱分析方法，系统建立相应的地震反应预测方法；⑤研究强地震作用下的三维隔震结构反应特征，揭示三维隔震结构灾变机制；⑥研究三维隔震结构灾变控制方法。本项目研究可以建立一套完整的三维隔震结构的计算模型、隔震效应的分析方法和灾变控制方法，符合国家科学发展规划和重大战略需求。

隔震系统仅能减小水平地震作用，而三维隔震系统可有效控制结构的竖向和水平反应而减轻地震灾害。本项目对三维隔震结构进行了研究，主要研究成果为：1．由于三维隔震系统竖向和水平自振频率低，三维地震作用下，结构摇摆反应难以控制。建立了相应的理论模型，研究三维隔震结构耦合效应及反应控制方法。2．基于三维隔震结构简化计算模型和反应谱分析方法，提出了等效线性预测方法来预测三维隔震结构地震反应。3．设计了一种新型的三维隔震系统，该系统包括水平隔震层和竖向隔震层，抗摇摆装置安装在竖向隔震层中用于控制结构摇摆反应。4．为验证该三维隔震系统性能，对二层钢框架结构模型进行了振动台试验研究。振动台试验结果表明，三维隔震技术能有效减小上部结构响应，并大大提高建筑结构的抗震安全性。5．为研究隔震结构的碰撞控制，研发了碰撞时间测定器，该测定器测定精度为nS级别，可满足现有土建材料的碰撞测试需要。6．对单质点隔震模型碰撞控制进行了研究，两材料间的碰撞时间是控制反应的关键，测试了钢球与不同材料的碰撞时间，钢材碰撞时间约为50us，混凝土碰撞时间约为100us，木材的碰撞时间约为800us，阻尼橡胶碰撞时间约为5ms,木材与阻尼橡胶是较好的碰撞控制材料。