高层隔震结构减震机理探讨_商昊江(2)

Tab．5Performanceparametersofnaturalrubberbearing（GZP）（Bproject）

橡胶直径/mm600

橡胶总厚度/mm110．0

支座高度/mm185．00

1次形状系数30．0

2次形状系数5．45

剪切变形γ=100%时的特性值

屈服后刚度Kd/（N·m－1）

904

屈服力Qd/kN96．08

水平刚度Keq/（N·m－1）

1461

阻尼比ζeq/%23．0

竖向刚度Kv/（kN·m－1）

2900

型号

GZY600

用Etabs软件对其进行建模，隔震前后各振型周期如表6所示，与表3对比发现，高层隔震结构与多层隔震结构第1周期与抗震结构的比分别为1．9和2．6，高

［2］

层隔震结构不满足周期比2的一般限制，若用隔震的最初原理（地震作用随着结构第1周期的增大而减小）判断，地震作用的减少并不明显，因此，这也是需进一步明确高层隔震结构减震机理的原因。

表6

隔震前后各阶振型的周期（X方向）

Elcentro波的加速度反应谱和相应的隔震层加速度反应谱（阻尼比ζ=0．05），如图3（A工程）及图4（B工程）

所示

。

Tab．6Periodofeachmodeofbase-fixedandbase-isolatedstructure（Xdirection）振型序列

14710

隔震前/s0．860．280．160．11

隔震后/s2．220．430．220．14

图3

Elcentro波下A工程的地震

加速度反应谱和隔震层加速度反应谱

Fig．3AccelerationspectrumofgroundwaveandisolationlayerwaveofAprojectunderElcentroseismicaction

4、7、10振型即X方向（平动）的第1、2、3、4注：表中的第1、

振型。

2频域分析

从图3和图4中可以看到，在周期较小时，隔震反应谱加速度都减少了很多，而在周期较大时，与地震反应谱差不多，甚至出现了比原来大很多的情况，尤其是

相对地震反应谱出现了一个很大的波峰（如多层结构，

图4），说明隔震层不仅滤掉了与建筑结构地震反应关

系较大的短周期部分的能量，而且把地震动的一部分能量引入了与建筑结构地震反应关系不大的长周期部

对A工程和B工程分别沿X方向输入Elcentro

Tarzana波和人工波，波、峰值调至400gal（8度罕遇）。为考察隔震前后结构振动的差异以及减震的效果，经Etabs软件计算，采用离散Fourier变换，作出

为了解结构各振型的反应谱情况，取Elcentro波下

如表7和表8所示，的各阶振型所对应的反应谱数值，

从中可以看出：无论是高层隔震还是多层隔震，各阶振说明无论是高层隔型的反应谱加速度都减少了很多，

震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用，但在高层结构中，高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多，而在多层结构中，高阶振型的减少量与第一阶振型差不

这便使得多振型减震在高层结构当中的效应要比多，

图4

Elcentro波下B工程的地震

加速度反应谱和隔震层加速度反应谱

Fig．4AccelerationspectrumofgroundwaveandisolationlayerwaveofBprojectunderElcentroseismicaction

多层结构明显。

3时域分析

分，从而大大降低了地震作用。从图3和图4中，我们

A工程在短周期部分的反应谱加还可以直观地发现，

速度的减少比B工程要多很多，这成为高层的多振型

减震的基础。

表7

为了说明高层隔震结构的减震机理，可以设想：以基底剪力作为研究对象，逐次叠加上高阶振型，若其减震率有较大的提高，则说明高阶振型的减震在多振型减震中的权重不可忽视，也就说明了高层隔震的“多振型减震”机理。

Elcentro波下的A工程各阶振型加速度反应谱

Tab．7AccelerationspectrumofeachmodeofAprojectunderElcentroseismicaction

振型序列

14710

周期/s1．810．560．290．19

振型质量

参与系数/%

72．5212．765．352．96

地震反应谱/（mm·s－2）2033．5104788227．77470．5

隔震反应谱/（mm·s－2）947．182223．41682．71833．8

反应谱减少量/（mm·s－2）1086．328254．665455636．7

高阶减少量与一阶减少量的比

17．606．025．19

4、7、10振型即X方向（平动）的第1、2、3、4振型；注：1．表中的第1、

2．反应谱减少量的计算为地震反应谱与隔震反应谱的差值；

3．高阶减少量与一阶减少量的比的计算为各阶振型的反应谱减少量与一阶反应谱减少量的比值。

表8

Elcentro波下B工程的各阶振型加速度反应谱

Tab．8AccelerationspectrumofeachmodeofBprojectunderElcentroseismicaction

振型序列

14710

周期/s0．860．280．160．11

振型质量参与系数/%

86．199．252．81．11

地震反应谱/（mm·s－2）6762．58551．56171．16375．5

隔震反应谱/（mm·s－2）2245．52279．92280．91943．9

反应谱减少量/（mm·s－2）

45176271．63890．24431．6

高阶减少量与一阶减少量的比

11．390．860．98

4、7、10振型即X方向（平动）的第1、2、3、4振型；注：1．表中的第1、

2．反应谱减少量的计算为地震反应谱与隔震反应谱的差值；

3．高阶减少量与一阶减少量的比的计算为各阶振型的反应谱减少量与一阶反应谱减少量的比值。

B两个工程为例，仍以A、对其输入Elcentro波、

Tarzana波和人工波，峰值调至400gal（8度罕遇）。将隔震层的运动视为一种地震动，并将三种地震波以及

“频域分析”在上文的中提取到的三种隔震层时程输入到原抗震结构中，作图5和图6对比其X方向基底最

大剪力（包含正负两个方向）减震率。减震率的计算方法是：（原抗震结构基底最大剪力－隔震结构最大剪力）/原抗震结构基底最大剪力×100%。

从图5中可以看出，对于高层隔震结构，随着高阶

无论正向还是负向的基底最大剪力的减振型的叠加，

震率都有较大的提高，尤其是从前3阶到前6阶较为

明显，而后的高阶振型由于振型质量参与系数的下降，减震率的变化不是很明显，而对于多层结构，从图6中可以看出，叠加上高阶振型后，减震率变化不大，且随着高阶振型的叠加，减震率几乎都出现了不同程度的下降。

4结论

阶振型减震的效应，从而产生了其多振型减震的效应。

参考文献

［1］GB50011－2010，S］，2010．建筑抗震设计规范［［2］日本建筑学会．隔震结构设计［M］．刘文光译．北京：地震

2006．出版社，

［3］刘文光，闫维明，霍达，等．塔型隔震结构多质点体系计算

J］．土木工程学报，2003，36（5）：模型及振动台试验研究［

64－70．

在高层隔震结构中，高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多，而在多层结构中，高阶振型的减少量与第一阶振型差不多。高层隔震结构与多层隔震结构在减震机理上的差别是：多层隔震结构的高阶振型减震效应很小，且以第一振型减震为主，而高层隔震结构存在较大的高

（下转第17页）

第4期

表4

杨德森等：基于亥姆霍兹方程最小二乘法的运动声源识别研究

不同测量孔径时的声场重建误差比较

17

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