超长复杂隔震结构施工力学及全过程监测研究

发表时间:2020/9/3   来源:《建筑实践》2020年3月第9期   作者:陈炳任
[导读] 目前,在所使用的超长复杂隔震钢筋混凝土结构体系当中,侧向位移的问题开
        摘要:目前,在所使用的超长复杂隔震钢筋混凝土结构体系当中,侧向位移的问题开始出现在施工叠层橡胶隔震支座阶段,不够周密详细的施工方案的运用,导致在施工阶段当中裂缝等问题出现在隔震层大梁混凝土中,[在摘要中已修改并且简述文中大体思想]本文通过时变结构,有效分析隔震结构全寿命受力性能形状以及结构拓扑关系,施工荷载以及不同温度变化等相关因素会导致隔震层出现裂缝现象,借助安全经济的SCS施工方式,运用易损性分析方法,预测地震所可能造成的破坏概率。
        关键词:隔震结构;施工力学;易损性分析;结构健康监测

        目前,经济以及科技上升式的发展,有效丰富隔震建筑造型,隔震结构设计也开始出现向不规则的平面趋势发展。在对上部结构整体性进行有效改善的同时,还能够对其侧向变形能力进行更高层次提升。不断呈现降低趋势的上部结构变形缝,已经开始向不规则结构方向发展。除此之外,根据相关统计,有接近70%的建筑倒塌概率和事故主要发生在施工阶段。我国目前正位于该比例的高发阶段。研究和探讨超常复杂隔震体系,都应当以建筑全寿命周期内的动静力学行为以及性能优化等全过程为基础,以此来对建筑结构方案选择以及制定施工方案等环节进行最优选择。
       
一、研究时变结构力学相关概况

        有效拓展传统固定参数结构力学,便可以有效产生时变结构力学。在力学问题当中有有效引入时变结构体系相关理论,我国学者对该理论的研究主要括:将时变结构问题有效划分为结构动力学;有效分析高层混凝土结构施工阶段安全性等等一系列的探讨和研究。国外最早开始研究时变结构力学主要是在上个世纪60年代,其发展和主要研究方向主要为施工力学方向[1]。

二、施工力学分析模型及主要结果

        荷载现象不会引起隔震支座变形问题,以及开高应力部位开裂现象,产生该种现象的原因主要是由于不断变化和收缩的温度所引起的,该种现象能够有效显现超长复杂隔震结构的重要受力特性。隔震结构全寿命受力性能与各种施工举措,以及变形裂缝现象都有一定关联。因此我们需要通过时变结构力学相关理论,以此来有效分析隔震结构全寿命受力性能形状以及结构拓扑关系等,将其作为时变结构进行分类的相关依据和特性,例如可以分为快速、慢速以及超慢速等时变力学理论。
(一)施工建造过程模拟分析模型


        沿着不同的方向,有效推进超长复杂隔震结构施工,其主要方向分为竖向和水平方向。排除地震等各种非完整结构的不利因素,我们可以借助离散性的时间冻结,将其看作某一性时不变序列物,通过静力分析,以此来有效探究不同离散时间上的拓扑关系结构变化[2]。


       
        在本文当中,为了能够有效模拟隔震结构与非隔震结构相关建造施工过程,我们主要采用的模拟方式有SS、SCS以及SRS,能够有效对比三种施工方式的优点和缺点,在隔震与非隔震结构当中的相关情况,经过相应的研究,最终结果显示在施工当中隔层支撑荷载要大于标准层,因此我们应当对隔震层支撑进行有效的加强和改善。除此之外,楼板拆模之前各层浇筑楼板的受力影响与隔震层有真不可分的联系。其次,在这三种施工方式当中,最为安全经济的为SCS方式。

三、非载荷变形数值模拟及监测
(一)温差分析

        目前,收缩量温差以及综合混凝土结构温差有效构成季节温差。对混凝土材料来说,抗压强度要远远大于抗拉强度。一开始的温度与在其真实环境中所产生的最小温度,两者之间的差值为:
       
       
四、易损性分析

        有效分析结构易损性,可以对地震所可能造成的破坏概率进行相应的预测。它主要被用来对抗地震安全性进以及制定防灾措施行有效评判等等。针对不同结构的易损性进行分析,可以使其抗震能力得到更高层次提升,与此同时还能有效的估计灾后相关损失[3]。

(一)易损性分析方法及原理

        1.结构性能水平划分与量化指标限制

        本文对性能水准划分以及量化指标进行相应的分析和研究,主要参考的是基础隔震钢筋混凝土框架结构。在地震相关作用下,其性能水准可以划分为正常以及立即使用、防止倒塌等4个相关状态。有关性能极限破坏指标,分别用LS1~4所代替,最终对于破坏结构的相关状态,可以划分为轻者为基本完好,重者倒塌等相关级别。
(二)结构的概率地震需求分析

        在下图当中,我们将结构-地震动样本非线性动力用点进行代替,总共产生了约170个数据点,其竖向数据代表。在PGA下的相关响应数据,水平虚线代表结构不同,因此产生了5个相应的破坏等级。地震作用不同,其响应的离散性能也会有所不同。经过相关对比之后,可以发现受PGA相关作用影响,位移角服从对数正态分布,其公式可以表示为:





五、结论

        施工荷载以及不同温度变化等相关因素会导致隔震层出现裂缝现象,在对隔震层支撑进行有效加强的同时,我们需要运用经济有效更加具备安全性能的SCS施工方式。隔震支座变形其主要是由于温度以及温差变化所引起的。需要注意的是一旦混凝土呈现收缩状态,所产生的变形状况将是无可挽回以及修缮的。隔震支座出现变形状况的主要缘由是不断收缩混凝土所导致的,非载荷变形已然超过30%,受相关地震作用的影响,基础隔震结构只会发生轻微或者是中等破坏。因此对其易损性进行相应分析,可以有效的证明隔震技术能够对地震进行优质的改善以及降低[4]。

参考文献:
[1]王光环.基于性能的基础隔震钢筋混凝土框架结构的易损性分析[D]. 兰州理工大学,2013.
[2]刘晶波,刘阳冰,闰秋实,韩.基于性能的方钢管混凝土框架结构地震易损性分析,土木工程学报,2010,43(2):39-43.
[3]王琦明,黎海南,李慧,杜永峰.超长混凝土基础隔震结构温度应力分析[J].工程抗震与加固改造,2010,32(5):116-120.
[4]李慧,谢文清,杜永峰,李万润.某超长隔震结构在温度及收缩作用下的变形研究[J].工程抗震与加固改造,2013,5(1): 40-44.
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