長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷演化與控制策略研究

一、引言1.1研究背景與意義地震作為一種極具破壞力的自然災(zāi)害，始終對人類的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。近年來，全球范圍內(nèi)地震頻發(fā)，如2011年日本東日本大地震、2015年尼泊爾地震以及2017年墨西哥地震等，這些地震都造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。隨著城市化進程的加速，大量建筑拔地而起，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能成為保障人民生命安全和社會穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素。基礎(chǔ)隔震技術(shù)作為一種有效的抗震手段，在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。其基本原理是在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期、增加阻尼等方式，減少輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。眾多震害實例表明，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在一般地震作用下能夠有效發(fā)揮隔震效果，顯著減輕結(jié)構(gòu)的破壞程度。例如，在1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震中，一些采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)的建筑在地震中表現(xiàn)出良好的抗震性能，結(jié)構(gòu)基本保持完好，內(nèi)部設(shè)備和人員安全得到了有效保障。然而，隨著對地震動特性研究的不斷深入，長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的影響逐漸引起了人們的關(guān)注。長周期地震動通常是指卓越周期大于2秒的地震動，其具有低頻成分豐富、持時較長等特點。在近斷層地震和遠場地震中，長周期地震動尤為顯著。近斷層地震中，由于地震波的方向性效應(yīng)、滑沖效應(yīng)和豎向地面運動等因素的影響，會產(chǎn)生具有明顯脈沖特性的長周期地震動；而在遠場地震中，由于地震波傳播過程中的幾何擴散、地層吸收等因素，高頻成分逐漸衰減，也會導(dǎo)致長周期成分相對突出。長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的威脅主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一方面，長周期地震動的卓越周期與基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的自振周期相近，容易引發(fā)共振效應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)大幅增加。研究表明，在長周期地震動作用下，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的隔震層位移、上部結(jié)構(gòu)加速度和層間剪力等響應(yīng)參數(shù)會顯著增大，可能導(dǎo)致隔震層失效、上部結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌。另一方面，長周期地震動的持時較長，會使結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷多次循環(huán)加載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的累積損傷加劇，進一步降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。我國作為地震多發(fā)國家，許多地區(qū)都面臨著長周期地震動的威脅。例如，在西部地區(qū)，如云南、四川等地，處于板塊交界地帶，地震活動頻繁，近斷層地震時有發(fā)生；而在東部沿海地區(qū)，雖然地震活動相對較弱，但遠場長周期地震動的影響也不容忽視。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進，越來越多的重要建筑，如醫(yī)院、學(xué)校、橋梁、核電站等，采用了基礎(chǔ)隔震技術(shù)。這些建筑一旦在地震中遭受破壞，將對社會造成巨大的負面影響。因此，研究長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷過程，對于保障建筑結(jié)構(gòu)的安全具有重要的現(xiàn)實意義。從理論研究的角度來看，目前對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在常規(guī)地震動作用下的力學(xué)性能和設(shè)計方法已經(jīng)有了較為深入的認識，但在長周期地震動作用下的研究還相對薄弱。長周期地震動的特性與常規(guī)地震動存在較大差異，現(xiàn)有的抗震設(shè)計理論和方法難以準確評估基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的響應(yīng)和損傷情況。因此，開展長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷過程的研究，有助于完善抗震設(shè)計理論，為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析提供更加科學(xué)的依據(jù)。綜上所述，長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的影響是一個亟待解決的重要問題。本研究旨在深入探討長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷過程，分析結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性和損傷機制，提出相應(yīng)的抗震設(shè)計建議和控制措施，為保障建筑結(jié)構(gòu)的安全和推動抗震技術(shù)的發(fā)展做出貢獻。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1長周期地震動特性研究長周期地震動的研究起步相對較晚，但近年來隨著地震工程領(lǐng)域?qū)ζ渲匾暢潭鹊牟粩嗵岣?，相關(guān)研究取得了一定的進展。在長周期地震動的定義和界定方面，目前尚無統(tǒng)一的標準。一般認為，長周期地震動是指卓越周期大于2秒的地震動，但也有學(xué)者根據(jù)不同的研究目的和方法，將卓越周期的界限設(shè)定在1.5秒至5秒之間。在長周期地震動的產(chǎn)生機制研究方面，學(xué)者們普遍認為，近斷層地震中的方向性效應(yīng)、滑沖效應(yīng)和豎向地面運動等因素是導(dǎo)致長周期地震動產(chǎn)生的重要原因。方向性效應(yīng)是指地震波在傳播過程中，由于震源破裂方向和觀測點位置的關(guān)系，使得地震波的能量在某些方向上集中，從而產(chǎn)生具有明顯脈沖特性的長周期地震動?；瑳_效應(yīng)則是指在逆斷層或走滑斷層地震中，斷層上盤的快速滑動會產(chǎn)生強烈的地面運動，其中包含豐富的長周期成分。豎向地面運動在近斷層地震中也較為顯著，其對結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。對于遠場地震，地震波傳播過程中的幾何擴散、地層吸收等因素會導(dǎo)致高頻成分逐漸衰減，使得長周期成分相對突出。在長周期地震動的特性參數(shù)研究方面，主要包括頻譜特性、持時特性和能量特性等。頻譜特性是長周期地震動的重要特征之一，常用的頻譜參數(shù)包括卓越周期、特征周期等。研究表明，長周期地震動的卓越周期通常在2秒以上，且其頻譜分布相對集中在低頻段。持時特性是指地震動持續(xù)的時間，長周期地震動的持時一般較長，這會使結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷多次循環(huán)加載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的累積損傷加劇。能量特性則反映了地震動所攜帶的能量大小，長周期地震動的能量主要集中在低頻段，其能量分布與常規(guī)地震動存在較大差異。國內(nèi)外學(xué)者通過對大量地震記錄的分析，對長周期地震動的特性進行了深入研究。例如，美國學(xué)者Somerville等通過對近斷層地震記錄的分析，研究了方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)對長周期地震動特性的影響，指出方向性效應(yīng)會導(dǎo)致地震動在某些方向上的峰值速度和峰值位移顯著增大，而滑沖效應(yīng)則會使地震動的頻譜向低頻方向移動。日本學(xué)者Koketsu等對日本地區(qū)的長周期地震動記錄進行了分析，研究了場地條件對長周期地震動特性的影響，發(fā)現(xiàn)軟土地基會放大長周期地震動的響應(yīng)，增加結(jié)構(gòu)的地震風(fēng)險。我國學(xué)者俞言祥等利用經(jīng)驗統(tǒng)計方法和震源模型，分析了長周期地震動的衰減關(guān)系，為工程場地地震安全性評價提供了重要依據(jù)。1.2.2基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)工作原理及損傷研究基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)通過在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，改變結(jié)構(gòu)的動力特性，從而達到減震的目的。隔震層通常由隔震支座和阻尼器等部件組成，其工作原理主要包括以下幾個方面：一是延長結(jié)構(gòu)的自振周期，使結(jié)構(gòu)的自振周期遠離地震動的卓越周期，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；二是增加結(jié)構(gòu)的阻尼，通過阻尼器的耗能作用，消耗地震輸入的能量，降低結(jié)構(gòu)的振動幅度；三是隔離地震動的傳遞，使基礎(chǔ)的運動相對較大，而上部結(jié)構(gòu)的運動相對較小，從而保護上部結(jié)構(gòu)免受地震的破壞。在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷研究方面，主要集中在隔震層和上部結(jié)構(gòu)兩個部分。隔震層的損傷形式主要包括隔震支座的剪切破壞、拉壓破壞和疲勞破壞等。當(dāng)隔震支座承受的剪切變形過大時，會導(dǎo)致橡膠層與鋼板之間的粘結(jié)破壞，從而使隔震支座失去承載能力；當(dāng)隔震支座受到過大的拉力或壓力時，會導(dǎo)致橡膠層的開裂或鋼板的屈服，影響隔震效果。此外，隔震支座在長期反復(fù)的地震作用下，還可能會出現(xiàn)疲勞破壞，降低其使用壽命。上部結(jié)構(gòu)的損傷形式主要包括構(gòu)件的開裂、屈服和破壞等，這些損傷會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和承載力下降，影響結(jié)構(gòu)的安全性。國內(nèi)外學(xué)者針對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的工作原理和損傷機制開展了大量的研究工作。在理論分析方面，建立了多種基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，如單質(zhì)點模型、多質(zhì)點模型和有限元模型等，通過數(shù)值模擬的方法研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)和損傷演化過程。在試驗研究方面，進行了大量的振動臺試驗和擬靜力試驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，驗證理論模型的準確性，研究結(jié)構(gòu)的損傷機制和破壞模式。例如，新西蘭學(xué)者Park等提出了基于能量的結(jié)構(gòu)損傷模型，將結(jié)構(gòu)的損傷定義為地震輸入能量與結(jié)構(gòu)耗能能力的比值，該模型在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷評估中得到了廣泛應(yīng)用。我國學(xué)者周福霖等通過對大量基礎(chǔ)隔震工程的實踐和研究，提出了適合我國國情的基礎(chǔ)隔震設(shè)計方法和技術(shù)標準，推動了基礎(chǔ)隔震技術(shù)在我國的應(yīng)用和發(fā)展。1.2.3長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)影響的研究長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的影響是近年來地震工程領(lǐng)域的研究熱點之一。由于長周期地震動的卓越周期與基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的自振周期相近，容易引發(fā)共振效應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)大幅增加。研究表明，在長周期地震動作用下，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的隔震層位移、上部結(jié)構(gòu)加速度和層間剪力等響應(yīng)參數(shù)會顯著增大，可能導(dǎo)致隔震層失效、上部結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌。國內(nèi)外學(xué)者通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等方法，對長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和損傷進行了研究。日本學(xué)者Ariga等研究了普通地震動和長周期地震動下高層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，指出長周期地震動與隔震結(jié)構(gòu)共振效應(yīng)明顯，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要引入長周期地震動。王亞楠等研究了遠場長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特點和損傷分布規(guī)律，指出同峰值作用下長周期地震動對隔震結(jié)構(gòu)危害更大。杜曉磊等對某基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)輸入相同地震的近場及遠場地震動激勵，對比分析兩類地震動下的地震響應(yīng)，結(jié)果表明近場脈沖地震動對隔震結(jié)構(gòu)的影響較遠場地震動強烈，隔震層位移超限，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)倒塌，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)關(guān)注近場脈沖地震動的影響。盡管國內(nèi)外學(xué)者在長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。首先，長周期地震動的特性研究還不夠深入，目前對于長周期地震動的產(chǎn)生機制、傳播規(guī)律和特性參數(shù)等方面的認識還存在一定的局限性，缺乏統(tǒng)一的定義和界定標準，這給長周期地震動的研究和應(yīng)用帶來了困難。其次，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷機制和破壞模式還需要進一步研究，現(xiàn)有的理論模型和試驗研究難以準確描述結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的復(fù)雜力學(xué)行為，對結(jié)構(gòu)的損傷評估和抗震設(shè)計缺乏足夠的理論支持。此外，考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用（SSI效應(yīng)）對長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的影響研究還相對較少，而實際工程中，地基土的存在會改變結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)，因此需要進一步加強這方面的研究。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容長周期地震動特性研究：收集和整理國內(nèi)外典型的長周期地震動記錄，分析其產(chǎn)生機制，包括近斷層地震中的方向性效應(yīng)、滑沖效應(yīng)以及遠場地震中地震波傳播的影響等。對長周期地震動的特性參數(shù)進行深入研究，如頻譜特性，分析卓越周期、特征周期等參數(shù)的分布規(guī)律；持時特性，研究長周期地震動的持續(xù)時間及其對結(jié)構(gòu)損傷的影響；能量特性，探討長周期地震動的能量分布特點及其與常規(guī)地震動的差異。建立長周期地震動的模擬方法，通過地震動合成技術(shù)，生成符合實際工程需求的長周期地震動時程，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析提供輸入?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷過程研究：建立考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用（SSI效應(yīng)）的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)精細化有限元模型，通過數(shù)值模擬，分析結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的動力響應(yīng)，包括隔震層位移、上部結(jié)構(gòu)加速度、層間剪力等響應(yīng)參數(shù)的變化規(guī)律。開展基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的振動臺試驗，設(shè)計并制作基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型，模擬不同的地震工況，測量結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)數(shù)據(jù)，驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性?；谠囼灪蛿?shù)值模擬結(jié)果，研究基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷機制和破壞模式，分析隔震層和上部結(jié)構(gòu)的損傷演化過程，確定結(jié)構(gòu)的薄弱部位和關(guān)鍵損傷指標。影響基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下?lián)p傷的因素分析：研究場地條件對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷的影響，分析不同場地類別（如軟土地基、硬土地基等）下，長周期地震動的傳播特性和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)差異，探討場地條件對結(jié)構(gòu)損傷的影響規(guī)律。探討隔震系統(tǒng)參數(shù)（如隔震支座的剛度、阻尼，阻尼器的類型和參數(shù)等）對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下?lián)p傷的影響，通過參數(shù)分析，優(yōu)化隔震系統(tǒng)的設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。分析上部結(jié)構(gòu)特性（如結(jié)構(gòu)形式、高度、質(zhì)量分布等）對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷的影響，研究不同結(jié)構(gòu)類型在長周期地震動作用下的響應(yīng)特點，為結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計提供參考。基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷控制策略研究：提出針對長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷控制方法，如采用新型隔震裝置、優(yōu)化隔震層布置、設(shè)置耗能元件等，通過數(shù)值模擬和試驗研究，驗證控制方法的有效性。研究基于性能的抗震設(shè)計方法在長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，根據(jù)結(jié)構(gòu)的性能目標，確定合理的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方法，提高結(jié)構(gòu)的抗震可靠性。對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷控制策略進行經(jīng)濟技術(shù)分析，評估不同控制策略的成本和效益，為實際工程應(yīng)用提供決策依據(jù)。1.3.2研究方法試驗研究：設(shè)計并制作基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的縮尺模型，利用振動臺模擬長周期地震動，對模型進行地震作用試驗。通過在模型上布置加速度傳感器、位移傳感器等測量設(shè)備，獲取結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)數(shù)據(jù)，包括加速度、位移、應(yīng)變等。對試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的動力響應(yīng)特性、損傷機制和破壞模式，驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性。數(shù)值模擬：利用有限元分析軟件，建立考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型，模擬結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的響應(yīng)。在模型中考慮隔震支座的非線性力學(xué)特性、上部結(jié)構(gòu)的材料非線性和幾何非線性等因素，提高模擬結(jié)果的準確性。通過數(shù)值模擬，分析不同參數(shù)（如場地條件、隔震系統(tǒng)參數(shù)、上部結(jié)構(gòu)特性等）對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下響應(yīng)和損傷的影響，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化提供依據(jù)。理論分析：基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)、地震工程學(xué)等理論，建立基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的簡化力學(xué)模型，推導(dǎo)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)方程。運用振型分解反應(yīng)譜法、時程分析法等方法，對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進行理論計算，分析結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)規(guī)律。結(jié)合試驗和數(shù)值模擬結(jié)果，對理論分析方法進行驗證和改進，完善基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的抗震設(shè)計理論。二、長周期地震動特性分析2.1長周期地震動的定義與特征長周期地震動通常是指卓越周期大于2秒的地震動，其在地震工程領(lǐng)域中具有獨特的地位和影響。然而，由于地震動本身的復(fù)雜性和多樣性，目前對于長周期地震動的定義尚未形成完全統(tǒng)一的標準。一些學(xué)者根據(jù)研究目的和實際情況，將長周期地震動的周期范圍界定在1.5秒至5秒之間，也有觀點認為應(yīng)根據(jù)地震動的頻譜特性、持時以及幅值等多個因素綜合判斷。長周期地震動的幅值特征相較于普通地震動存在顯著差異。在近斷層地震中，由于方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)，長周期地震動可能會出現(xiàn)較大的速度脈沖和位移幅值。方向性效應(yīng)使得地震波在特定方向上能量集中，導(dǎo)致該方向上的地震動幅值急劇增大；滑沖效應(yīng)則是由于斷層上盤的快速滑動，產(chǎn)生強烈的地面運動，其中包含豐富的長周期成分，進一步增大了幅值。在遠場地震中，雖然地震波傳播過程中能量會逐漸衰減，但長周期成分相對高頻成分衰減較慢，在一定條件下，長周期地震動的幅值仍可能對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。例如，1985年墨西哥地震，距離震中約400千米的墨西哥城，盡管基巖加速度僅為3×10^{-2}m/s^2，但由于場地覆蓋土層較厚，對長周期成分的放大作用明顯，使得古湖床場地地面加速度高達158.4×10^{-2}m/s^2，導(dǎo)致該場地數(shù)百棟高層建筑嚴重破壞。頻譜特性是長周期地震動的重要特征之一。其卓越周期通常大于2秒，頻譜分布相對集中在低頻段。在近斷層地震中，方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)會使地震動頻譜向低頻方向移動，增加低頻成分的含量；而在遠場地震中，由于高頻成分在傳播過程中更容易衰減，使得長周期成分相對突出，進一步強化了低頻段的頻譜特征。通過對大量地震記錄的傅里葉譜分析發(fā)現(xiàn)，長周期地震動的傅里葉幅值在低頻段（0.1-0.5Hz）具有較高的峰值，而普通地震動的傅里葉幅值在高頻段相對更為突出。此外，長周期地震動的反應(yīng)譜也具有明顯的特征，其峰值對應(yīng)的周期較大，且在長周期范圍內(nèi)的反應(yīng)譜值相對較高，這表明長周期地震動對長周期結(jié)構(gòu)的影響更為顯著。長周期地震動的持時一般較長，這是其區(qū)別于普通地震動的另一個重要特征。較長的持時會使結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷多次循環(huán)加載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的累積損傷加劇。持時的長短與地震的震級、震源機制、傳播路徑以及場地條件等因素密切相關(guān)。在近斷層地震中，由于地震波的復(fù)雜傳播和能量釋放過程，長周期地震動的持時可能會明顯增加；在遠場地震中，雖然地震波傳播距離較遠，但由于長周期成分衰減較慢，也可能導(dǎo)致長周期地震動的持時較長。例如，2011年日本東日本大地震，震源位于東北海域，東京和大阪等地距離震中約400-700公里，仍然出現(xiàn)了高層建筑長時間搖晃的現(xiàn)象，這與長周期地震動的較長持時密切相關(guān)。與普通地震動相比，長周期地震動的幅值在某些情況下可能并不一定更大，但由于其卓越周期與長周期結(jié)構(gòu)的自振周期相近，更容易引發(fā)共振效應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的響應(yīng)。在頻譜方面，普通地震動的頻譜分布相對較為均勻，高頻成分相對較多，而長周期地震動的頻譜則集中在低頻段，這使得長周期地震動對長周期結(jié)構(gòu)的影響更為突出。在持時上，普通地震動的持時相對較短，結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)受到的地震作用相對集中；而長周期地震動的持時較長，結(jié)構(gòu)在長時間內(nèi)反復(fù)受到地震作用，累積損傷更為嚴重。這些差異使得長周期地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)等長周期結(jié)構(gòu)的破壞機制和影響程度與普通地震動存在明顯不同，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和分析中需要予以特別關(guān)注。2.2長周期地震動的產(chǎn)生機制長周期地震動的產(chǎn)生機制是一個復(fù)雜的過程，涉及到多個因素的相互作用，主要與板塊運動和斷層破裂密切相關(guān)，同時在近場和遠場環(huán)境下又有著不同的形成原因。地球的巖石圈被劃分為多個板塊，這些板塊處于不斷的運動之中。板塊之間的相對運動方式主要有匯聚、離散和轉(zhuǎn)換。在匯聚板塊邊界，如太平洋板塊與歐亞板塊的碰撞，由于板塊的相互擠壓，地殼物質(zhì)發(fā)生變形和堆積，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力積累到超過巖石的承受極限時，巖石就會發(fā)生斷裂和錯動，從而引發(fā)地震。這種由于板塊運動導(dǎo)致的地震，其地震波的傳播特性受到多種因素影響，可能會產(chǎn)生長周期地震動。例如，在板塊碰撞區(qū)域，斷層的幾何形狀和破裂過程的復(fù)雜性，會使地震波在傳播過程中發(fā)生干涉和散射，導(dǎo)致低頻成分的增強，進而形成長周期地震動。斷層破裂是地震發(fā)生的直接原因，也是長周期地震動產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。在近場地震中，方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)是導(dǎo)致長周期地震動產(chǎn)生的重要機制。方向性效應(yīng)是指震源破裂時，地震波的傳播方向與破裂方向之間存在一定的夾角，使得地震波在某些方向上的能量分布更為集中。當(dāng)觀測點位于這些能量集中的方向時，就會接收到具有明顯脈沖特性的長周期地震動。例如，1999年臺灣集集地震，在震源的特定方向上，由于方向性效應(yīng)，觀測到了顯著的長周期速度脈沖，對該方向上的建筑結(jié)構(gòu)造成了嚴重破壞?；瑳_效應(yīng)則主要發(fā)生在逆斷層或走滑斷層地震中，斷層上盤相對于下盤的快速滑動，會產(chǎn)生強烈的地面運動，其中包含豐富的長周期成分。這種滑沖效應(yīng)使得地震動的幅值和持續(xù)時間增加，對結(jié)構(gòu)的破壞力更強。在遠場地震中，長周期地震動的形成主要與地震波的傳播過程有關(guān)。地震波在從震源向遠處傳播的過程中，會受到幾何擴散和地層吸收等因素的影響。幾何擴散是指地震波在傳播過程中，能量隨著傳播距離的增加而逐漸分散，導(dǎo)致地震波的幅值衰減。地層吸收則是指地震波在通過不同地層時，由于地層介質(zhì)的粘滯性和非彈性等特性，部分能量被轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，使得地震波的高頻成分衰減更快。隨著傳播距離的增大，高頻成分逐漸被削弱，而低頻成分相對突出，從而在遠場區(qū)域形成長周期地震動。此外，當(dāng)場地條件為軟土地基時，軟土對地震波的放大作用在低頻段更為顯著，會進一步增強長周期地震動的影響。例如，在1985年墨西哥地震中，墨西哥城距離震中較遠，但由于其場地覆蓋著較厚的軟土層，對長周期地震波的放大作用明顯，導(dǎo)致該地區(qū)的高層建筑在遠場長周期地震動作用下遭受了嚴重破壞。豎向地面運動在長周期地震動的產(chǎn)生中也起到一定作用。在近斷層地震中，豎向地面運動的幅值和頻譜特性與水平向地面運動存在差異，且在某些情況下豎向地面運動的長周期成分可能更為突出。豎向地面運動與水平向地面運動的耦合作用，會使結(jié)構(gòu)受到更為復(fù)雜的地震作用，增加結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和破壞風(fēng)險。特別是對于一些對豎向地震作用較為敏感的結(jié)構(gòu)，如大跨度橋梁、高聳結(jié)構(gòu)等，豎向長周期地震動的影響不可忽視。2.3長周期地震動的記錄與分析為了深入研究長周期地震動的特性，需要廣泛收集和整理相關(guān)的地震記錄。目前，國內(nèi)外有多個地震數(shù)據(jù)庫可供獲取地震記錄，如美國太平洋地震工程研究中心（PEER）的強震數(shù)據(jù)庫、日本京都大學(xué)的KiK-net和K-NET地震數(shù)據(jù)庫以及中國地震局的強震動臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫等。這些數(shù)據(jù)庫包含了豐富的地震記錄信息，涵蓋了不同地區(qū)、不同震級、不同震源機制和不同場地條件下的地震動數(shù)據(jù)。在收集地震記錄時，需要綜合考慮地震的震級、震源距離、場地條件等因素，以確保所選取的地震記錄具有代表性。震級是衡量地震釋放能量大小的指標，較大震級的地震往往更容易產(chǎn)生長周期地震動。震源距離則影響地震波的傳播路徑和能量衰減程度，不同震源距離下的地震記錄可以反映長周期地震動在傳播過程中的變化特性。場地條件對長周期地震動的影響也十分顯著，軟土地基會放大長周期地震動的響應(yīng)，而硬土地基則相對較小。因此，在收集地震記錄時，應(yīng)盡量涵蓋不同場地類別的數(shù)據(jù)，以便全面分析場地條件對長周期地震動的影響。在獲取長周期地震動記錄后，運用傅里葉變換、小波分析等方法對其進行深入分析，以揭示其特性。傅里葉變換是一種將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號的數(shù)學(xué)方法，通過對長周期地震動記錄進行傅里葉變換，可以得到其頻譜特性，清晰地展示地震動在不同頻率成分上的能量分布情況。在一些長周期地震動記錄的傅里葉譜中，可明顯觀察到在低頻段（0.1-0.5Hz）存在較高的峰值，這表明該地震動在低頻段具有較強的能量。小波分析則是一種時頻分析方法，它能夠同時在時域和頻域?qū)π盘栠M行分析，對于處理非平穩(wěn)信號具有獨特的優(yōu)勢。長周期地震動往往具有非平穩(wěn)特性，其幅值、頻率和相位隨時間不斷變化。利用小波分析對長周期地震動記錄進行分析，可以得到不同時間尺度下的頻率成分和能量分布，從而更準確地描述長周期地震動的時變特性。通過小波分析，能夠捕捉到長周期地震動在某些時刻出現(xiàn)的高頻脈沖成分，這些成分雖然持續(xù)時間較短，但可能對結(jié)構(gòu)的局部響應(yīng)產(chǎn)生重要影響。通過對長周期地震動記錄的分析，可獲取一系列重要的特性參數(shù)，如峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）、峰值位移（PGD）、卓越周期、持時等。這些參數(shù)對于評估長周期地震動對結(jié)構(gòu)的影響至關(guān)重要。峰值加速度反映了地震動的最大加速度幅值，是衡量地震動強度的重要指標之一；峰值速度則與結(jié)構(gòu)的動能密切相關(guān)，對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)有重要影響；峰值位移直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的變形程度，過大的峰值位移可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。卓越周期是指地震動中能量最為集中的周期，它與結(jié)構(gòu)的自振周期密切相關(guān)，當(dāng)兩者接近時，容易引發(fā)共振效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)大幅增加。持時則是指地震動持續(xù)的時間，較長的持時會使結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷多次循環(huán)加載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的累積損傷加劇。以1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震的長周期地震動記錄分析為例，在北嶺地震的部分長周期地震動記錄中，峰值加速度達到了0.5g以上，峰值速度超過了0.3m/s，卓越周期在3-5秒之間，持時長達30-50秒。這些參數(shù)表明該地震動具有較強的能量和較長的周期，對當(dāng)?shù)氐拈L周期結(jié)構(gòu)造成了嚴重破壞。在阪神地震中，一些長周期地震動記錄的峰值位移超過了0.2m，持時也較長，使得許多基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的隔震層位移超限，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的損壞。通過對這些特性參數(shù)的統(tǒng)計分析，可以總結(jié)出長周期地震動的一般規(guī)律和特點。在不同地區(qū)和不同地震事件中，長周期地震動的特性參數(shù)存在一定的差異，但總體上具有低頻成分豐富、持時較長等特點。這些參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果將為后續(xù)的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析和抗震設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。三、基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)工作原理與損傷指標3.1基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的組成與工作原理基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)主要由隔震層、上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)三部分組成。隔震層作為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的核心部分，通常位于基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間，由多種隔震裝置構(gòu)成，常見的隔震裝置包括疊層橡膠支座、摩擦擺支座、鉛芯橡膠支座等，以及阻尼器等耗能元件。疊層橡膠支座由多層橡膠和鋼板交替疊合而成，利用橡膠的高彈性和鋼板的高強度，提供豎向承載能力和水平變形能力；摩擦擺支座則通過球體或曲面的滑動，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的水平位移和耗能；鉛芯橡膠支座在普通橡膠支座的基礎(chǔ)上，內(nèi)置鉛芯，利用鉛的塑性變形來耗散地震能量。阻尼器則主要用于增加結(jié)構(gòu)的阻尼，消耗地震輸入的能量，常見的阻尼器有粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器等。上部結(jié)構(gòu)是指位于隔震層以上的建筑結(jié)構(gòu)部分，其形式多樣，可根據(jù)建筑功能和設(shè)計要求采用框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等不同的結(jié)構(gòu)體系。上部結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下承擔(dān)著建筑物的各種荷載，在地震作用下，通過隔震層的隔離作用，其地震響應(yīng)得到有效控制?；A(chǔ)作為支撐整個結(jié)構(gòu)的部分，將上部結(jié)構(gòu)和隔震層傳來的荷載傳遞到地基中，基礎(chǔ)的形式和尺寸根據(jù)建筑物的規(guī)模、荷載大小以及地基條件等因素確定，常見的基礎(chǔ)形式有獨立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的工作原理基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)和能量耗散的基本原理。在地震發(fā)生時，地面運動產(chǎn)生的地震波會傳遞到建筑物上，使建筑物產(chǎn)生振動。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)主要依靠結(jié)構(gòu)自身的強度和延性來抵抗地震作用，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和破壞來消耗地震能量。而基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)則通過設(shè)置隔震層，改變結(jié)構(gòu)的動力特性，從而達到減少地震能量輸入和降低結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。具體來說，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的工作原理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：延長自振周期：隔震層的存在使整個結(jié)構(gòu)的自振周期顯著延長。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論，結(jié)構(gòu)的自振周期與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量有關(guān)，剛度越小，自振周期越長。隔震層的剛度相對較小，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的自振周期可以延長數(shù)倍。長周期結(jié)構(gòu)的自振周期遠離了一般地震動的卓越周期，從而避免了共振效應(yīng)的發(fā)生。在共振狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)會急劇增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)通過延長自振周期，有效地減小了地震作用下結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)在地震中的振動相對平穩(wěn)。增加阻尼：隔震層中的阻尼器和隔震裝置本身具有一定的阻尼特性，能夠在結(jié)構(gòu)振動過程中消耗能量。阻尼的作用是阻礙結(jié)構(gòu)的振動，將振動的動能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量而耗散掉。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的振動能量不斷被阻尼器吸收和消耗，從而減小了結(jié)構(gòu)的振動幅度。例如，粘滯阻尼器通過液體的粘性阻力來消耗能量，粘彈性阻尼器則利用材料的粘彈性特性來耗能。增加阻尼可以有效地降低結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)，保護結(jié)構(gòu)的安全。隔離地震動傳遞：隔震層起到了隔離地震動傳遞的作用，使基礎(chǔ)的運動與上部結(jié)構(gòu)的運動相對分離。在地震發(fā)生時，隔震層能夠有效地吸收和緩沖地面?zhèn)鱽淼牡卣鹉芰?，減少地震波向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。這樣，上部結(jié)構(gòu)所受到的地震作用大大減小，其地震響應(yīng)也相應(yīng)降低。同時，隔震層的水平變形能力使得上部結(jié)構(gòu)在地震中的位移相對較小，避免了結(jié)構(gòu)因過大的位移而發(fā)生破壞。通過隔離地震動傳遞，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)能夠有效地保護上部結(jié)構(gòu)的完整性，減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞和倒塌風(fēng)險。以一個典型的基礎(chǔ)隔震框架結(jié)構(gòu)為例，在地震作用下，地面運動通過基礎(chǔ)傳遞到隔震層。隔震層中的隔震支座發(fā)生水平變形，延長了結(jié)構(gòu)的自振周期，使結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)降低。阻尼器則在隔震支座變形的過程中消耗能量，進一步減小了結(jié)構(gòu)的振動幅度。由于隔震層的隔離作用，上部框架結(jié)構(gòu)所受到的地震力明顯減小，框架柱和梁的內(nèi)力和變形也相應(yīng)減小，從而有效地保護了上部結(jié)構(gòu)的安全。大量的實際工程案例和試驗研究都表明，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在地震中能夠發(fā)揮良好的隔震效果，顯著提高建筑物的抗震性能。3.2基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷指標在研究基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷過程中，選取合適的損傷指標至關(guān)重要。這些損傷指標能夠定量地描述結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷程度，為評估結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性提供依據(jù)。層間位移角是指結(jié)構(gòu)相鄰兩層之間的相對水平位移與層高的比值，它是衡量結(jié)構(gòu)在水平地震作用下變形能力的重要指標。在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，層間位移角主要反映了上部結(jié)構(gòu)的損傷情況。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震作用時，層間位移角會隨著地震強度的增加而增大。如果層間位移角超過一定的限值，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會出現(xiàn)開裂、屈服甚至破壞等現(xiàn)象。在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)層間位移角達到1/500-1/400時，框架梁、柱可能會出現(xiàn)明顯的裂縫；當(dāng)層間位移角進一步增大到1/200-1/100時，構(gòu)件可能會發(fā)生屈服，結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力會顯著下降。在長周期地震動作用下，由于其卓越周期與基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的自振周期相近，容易引發(fā)共振效應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)的層間位移角可能會比普通地震動作用下更大，對結(jié)構(gòu)的損傷也更為嚴重。因此，層間位移角是評估基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下上部結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)鍵指標之一。隔震層位移是指隔震層在水平地震作用下產(chǎn)生的相對位移，它直接反映了隔震層的工作狀態(tài)和損傷程度。隔震層作為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的核心部分，其位移大小對于結(jié)構(gòu)的隔震效果和安全性至關(guān)重要。在地震作用下，隔震層通過自身的變形來延長結(jié)構(gòu)的自振周期，隔離地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。然而，如果隔震層位移過大，可能會導(dǎo)致隔震支座發(fā)生破壞，如橡膠層的剪切破壞、拉壓破壞以及鋼板與橡膠層之間的粘結(jié)破壞等，從而使隔震層失去隔震能力，上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)會急劇增大。不同類型的隔震支座都有其相應(yīng)的位移限值，鉛芯橡膠隔震支座的最大允許水平位移一般為其直徑的0.5-0.7倍。在長周期地震動作用下，由于其持時較長，隔震層可能會經(jīng)歷多次大位移循環(huán)，這會增加隔震支座的疲勞損傷風(fēng)險，導(dǎo)致隔震層位移更容易超出限值，因此隔震層位移是評估基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下隔震層損傷的重要指標。構(gòu)件應(yīng)變是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在受力過程中產(chǎn)生的變形程度，它可以反映構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)和損傷情況。在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，主要關(guān)注的構(gòu)件包括上部結(jié)構(gòu)的梁、柱以及隔震層的隔震支座等。當(dāng)構(gòu)件受到地震作用時，其內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力，隨著應(yīng)力的增加，構(gòu)件會發(fā)生變形，應(yīng)變也隨之增大。當(dāng)構(gòu)件應(yīng)變超過材料的屈服應(yīng)變時，構(gòu)件會進入塑性階段，發(fā)生不可恢復(fù)的變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力下降。在鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼筋的屈服應(yīng)變一般為0.002左右，當(dāng)鋼筋應(yīng)變達到或超過這個值時，鋼筋會屈服，構(gòu)件的承載能力會受到影響。在長周期地震動作用下，由于結(jié)構(gòu)的反復(fù)振動，構(gòu)件會經(jīng)歷多次加載和卸載過程，這會使構(gòu)件的應(yīng)變不斷累積，加速構(gòu)件的損傷。因此，構(gòu)件應(yīng)變是評估基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下構(gòu)件損傷的重要指標之一。除了上述主要的損傷指標外，還有一些其他指標也能在一定程度上反映基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷情況。結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)可以反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動劇烈程度，過大的加速度響應(yīng)可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞；能量耗散是指結(jié)構(gòu)在地震作用下通過各種方式消耗的能量，它可以反映結(jié)構(gòu)的耗能能力和損傷程度，能量耗散越大，說明結(jié)構(gòu)在地震中吸收和消耗的能量越多，結(jié)構(gòu)的損傷也可能越嚴重；裂縫開展情況則是直觀地反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的一個指標，裂縫的寬度和長度可以作為衡量構(gòu)件損傷程度的依據(jù)。這些指標相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成了評估基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下?lián)p傷的指標體系。在實際工程中，需要綜合考慮這些指標，全面評估結(jié)構(gòu)的損傷情況，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和加固提供科學(xué)依據(jù)。四、長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷過程試驗研究4.1試驗設(shè)計本試驗以某實際6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的商業(yè)建筑為原型，旨在深入研究長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷過程。該原型建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用功能上具有一定的代表性，其平面形狀為矩形，長30米，寬20米，建筑高度為24米。在確定模型相似比時，綜合考慮振動臺的承載能力、試驗場地空間以及模型制作的可行性等多方面因素。根據(jù)相似理論，選用幾何相似比為1:10，這意味著模型的各個尺寸均為原型的十分之一。通過這一比例縮放，既能保證模型在振動臺上的穩(wěn)定性和可操作性，又能較為準確地模擬原型結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為。基于幾何相似比，進一步推導(dǎo)得出其他物理量的相似比，如彈性模量相似比為1:1，質(zhì)量密度相似比為1:1，時間相似比為1:√10。這些相似比的確定為后續(xù)的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析提供了重要的理論依據(jù)。在隔震支座的選擇上，充分考慮隔震效果和試驗的可操作性。選用鉛芯橡膠隔震支座，其具有豎向承載能力高、水平剛度低以及良好的耗能特性等優(yōu)點，能夠有效地延長結(jié)構(gòu)的自振周期，耗散地震能量。根據(jù)相似比計算出模型所需隔震支座的各項參數(shù)，包括直徑、橡膠層厚度、鉛芯直徑等。經(jīng)過詳細計算，確定模型中隔震支座的直徑為50mm，橡膠層總厚度為20mm，鉛芯直徑為10mm。同時，為了增加結(jié)構(gòu)的阻尼，提高隔震效果，在隔震層中設(shè)置了粘滯阻尼器。根據(jù)結(jié)構(gòu)的動力特性和試驗要求，選擇阻尼系數(shù)為0.5kN?s/m的粘滯阻尼器，并合理布置在隔震層的關(guān)鍵位置，以確保在地震作用下能夠充分發(fā)揮其耗能作用。模擬長周期地震動的加載方案設(shè)計是試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。收集了多條具有代表性的長周期地震動記錄，如1994年美國北嶺地震、1995年日本阪神地震以及2011年日本東日本大地震中的長周期地震動記錄。這些地震動記錄涵蓋了不同的地震場景和場地條件，能夠全面地反映長周期地震動的特性。根據(jù)試驗?zāi)康暮湍Ｐ偷奶攸c，對收集到的地震動記錄進行篩選和調(diào)整，使其峰值加速度、頻譜特性等參數(shù)符合試驗要求。在加載過程中，采用逐步增加地震動強度的方式，從ElCentro波開始加載，逐漸增加峰值加速度，依次為0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g。在每個峰值加速度下，分別輸入不同的長周期地震動記錄，以研究結(jié)構(gòu)在不同地震動作用下的響應(yīng)。同時，設(shè)置了多組對比試驗，包括輸入普通地震動記錄的試驗，以對比分析長周期地震動與普通地震動對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的影響差異。在加載過程中，嚴格控制加載順序和加載時間間隔，確保試驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。每次加載后，對模型進行詳細的檢查和測量，記錄結(jié)構(gòu)的損傷情況和響應(yīng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和研究提供依據(jù)。4.2試驗過程與現(xiàn)象在試驗準備階段，嚴格按照設(shè)計要求制作基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型。首先，搭建模型的基礎(chǔ)部分，采用C30混凝土澆筑，確保基礎(chǔ)的尺寸精度和強度滿足試驗要求。在基礎(chǔ)上預(yù)埋鋼板，用于安裝隔震支座。對于上部結(jié)構(gòu)，選用Q235鋼材制作框架，按照1:10的幾何相似比，精確加工框架的梁、柱等構(gòu)件，并通過焊接和螺栓連接的方式組裝成完整的框架結(jié)構(gòu)。在框架的節(jié)點處，加強連接的可靠性，以模擬實際結(jié)構(gòu)的受力性能。在模型搭建完成后，進行儀器布置。在隔震層的每個隔震支座上布置位移傳感器，用于測量隔震支座的水平位移和豎向位移。在隔震層的周邊布置加速度傳感器，監(jiān)測隔震層的加速度響應(yīng)。在上部結(jié)構(gòu)的每層樓面上，沿兩個主軸方向布置加速度傳感器和位移傳感器，分別測量結(jié)構(gòu)的加速度和層間位移。在關(guān)鍵構(gòu)件，如框架梁、柱上，粘貼應(yīng)變片，實時監(jiān)測構(gòu)件的應(yīng)變變化。這些傳感器通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機相連，能夠?qū)崟r采集和記錄試驗數(shù)據(jù)。加載過程按照預(yù)先設(shè)計的加載方案進行。首先輸入ElCentro波，峰值加速度為0.05g，進行初次加載。在加載過程中，密切觀察模型的反應(yīng)。此時，模型整體反應(yīng)較為輕微，隔震層的位移較小，上部結(jié)構(gòu)的加速度和層間位移也在較小范圍內(nèi)。隔震支座的橡膠層僅產(chǎn)生微小的彈性變形，未出現(xiàn)明顯的損傷跡象，上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件也未出現(xiàn)裂縫等可見損傷。隨后，將峰值加速度依次增加到0.1g、0.2g。隨著峰值加速度的增大，隔震層的位移逐漸增大，上部結(jié)構(gòu)的加速度和層間位移也相應(yīng)增加。當(dāng)峰值加速度達到0.2g時，隔震層的部分隔震支座出現(xiàn)了輕微的非線性變形，橡膠層與鋼板之間出現(xiàn)了微小的相對滑移，但整體仍能正常工作。在上部結(jié)構(gòu)中，底層框架梁的兩端開始出現(xiàn)細微裂縫，裂縫寬度較小，肉眼勉強可見。當(dāng)峰值加速度增加到0.3g時，隔震層的位移進一步增大，部分隔震支座的橡膠層出現(xiàn)了明顯的剪切變形，橡膠層表面出現(xiàn)了一些細小的裂紋。隔震層的阻尼器開始發(fā)揮明顯的耗能作用，其活塞運動幅度增大，內(nèi)部液體的粘性阻力消耗了大量的地震能量。在上部結(jié)構(gòu)中，底層框架柱的底部也出現(xiàn)了裂縫，且裂縫寬度和長度有所增加。同時，二層和三層的框架梁也陸續(xù)出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)的剛度開始下降。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，隔震層的位移達到了較大值，部分隔震支座的橡膠層出現(xiàn)了嚴重的剪切破壞，橡膠層與鋼板之間的粘結(jié)失效，導(dǎo)致隔震支座的承載能力下降。隔震層的阻尼器耗能達到極限，部分阻尼器出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象。在上部結(jié)構(gòu)中，底層框架柱的裂縫進一步發(fā)展，混凝土出現(xiàn)了局部剝落，鋼筋開始屈服。二層和三層的框架梁裂縫也較為嚴重，部分梁的跨中出現(xiàn)了貫通裂縫，結(jié)構(gòu)的承載能力顯著降低，整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的傾斜，瀕臨倒塌狀態(tài)。在整個加載過程中，還對模型的外觀進行了詳細的觀察和記錄。除了裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展外，還注意到模型的連接部位，如螺栓連接處，出現(xiàn)了松動現(xiàn)象，這進一步削弱了結(jié)構(gòu)的整體性。同時，觀察到模型在地震作用下的振動形態(tài)，隨著地震強度的增加，結(jié)構(gòu)的振動逐漸變得不規(guī)則，出現(xiàn)了明顯的扭轉(zhuǎn)和擺動。這些試驗現(xiàn)象為后續(xù)深入分析基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷機制提供了直觀的依據(jù)。4.3試驗結(jié)果分析對試驗過程中采集到的位移、加速度等數(shù)據(jù)進行深入分析，可揭示長周期地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律以及損傷指標隨地震動強度的變化情況。從位移響應(yīng)來看，隨著地震動峰值加速度的增加，隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)層間位移均呈現(xiàn)明顯的增大趨勢。在低峰值加速度（0.05g-0.1g）作用下，隔震層位移增長較為緩慢，處于彈性變形階段，這表明隔震層能夠有效地隔離地震能量，減少其向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。當(dāng)峰值加速度達到0.2g-0.3g時，隔震層位移增長速度加快，部分隔震支座開始進入非線性工作狀態(tài)，出現(xiàn)了一定程度的剪切變形和相對滑移。這是因為隨著地震動強度的增加，隔震支座所承受的水平力增大，超出了其彈性范圍，導(dǎo)致非線性變形的產(chǎn)生。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，隔震層位移急劇增大，部分隔震支座出現(xiàn)了嚴重的剪切破壞，橡膠層與鋼板之間的粘結(jié)失效，這使得隔震層的隔震效果大幅下降，無法有效地隔離地震能量，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的層間位移也顯著增大。上部結(jié)構(gòu)的層間位移同樣隨著地震動峰值加速度的增加而增大。在低峰值加速度下，層間位移較小，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段，各構(gòu)件的變形均在允許范圍內(nèi)。隨著峰值加速度的增大，層間位移逐漸增大，結(jié)構(gòu)開始進入非線性階段，底層框架梁和柱的端部出現(xiàn)裂縫，這表明結(jié)構(gòu)的剛度開始下降，變形能力逐漸增強。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，層間位移達到了較大值，底層框架柱的混凝土出現(xiàn)局部剝落，鋼筋屈服，結(jié)構(gòu)的承載能力顯著降低，瀕臨倒塌狀態(tài)。在加速度響應(yīng)方面，隨著地震動峰值加速度的增加，隔震層加速度和上部結(jié)構(gòu)加速度也逐漸增大。在低峰值加速度下，隔震層能夠有效地減小上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，使上部結(jié)構(gòu)的加速度維持在較低水平。這是由于隔震層延長了結(jié)構(gòu)的自振周期，避免了共振效應(yīng)的發(fā)生，同時隔震層的阻尼器消耗了部分地震能量，進一步降低了上部結(jié)構(gòu)的加速度。當(dāng)峰值加速度增大時，隔震層的加速度響應(yīng)逐漸增大，這是因為地震動強度的增加使得隔震層所承受的地震力增大，從而導(dǎo)致其加速度響應(yīng)增大。對于上部結(jié)構(gòu)，雖然隔震層能夠減小其加速度響應(yīng)，但隨著地震動峰值加速度的不斷增大，上部結(jié)構(gòu)的加速度仍然逐漸增大。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)較大，這對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件造成了較大的沖擊，加速了結(jié)構(gòu)的損傷和破壞。通過對不同地震動強度下結(jié)構(gòu)損傷指標的分析，進一步明確了結(jié)構(gòu)的損傷發(fā)展過程。層間位移角隨著地震動峰值加速度的增加而增大，當(dāng)峰值加速度達到0.2g時，層間位移角超過了1/500，結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)輕微損傷，底層框架梁端部出現(xiàn)細微裂縫。當(dāng)峰值加速度達到0.3g時，層間位移角達到1/200左右，結(jié)構(gòu)的損傷進一步發(fā)展，底層框架柱底部出現(xiàn)裂縫，二層和三層的框架梁也陸續(xù)出現(xiàn)裂縫。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，層間位移角超過了1/100，結(jié)構(gòu)的損傷嚴重，底層框架柱混凝土剝落，鋼筋屈服，結(jié)構(gòu)瀕臨倒塌。隔震層位移在地震動峰值加速度達到0.3g時，部分隔震支座的位移超過了其允許位移的70%，隔震支座開始出現(xiàn)明顯的非線性變形和損傷。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，部分隔震支座的位移超過了其允許位移，出現(xiàn)了嚴重的剪切破壞，隔震層的隔震效果喪失。構(gòu)件應(yīng)變也隨著地震動峰值加速度的增加而增大。在低峰值加速度下，構(gòu)件應(yīng)變較小，處于彈性階段。當(dāng)峰值加速度達到0.2g時，部分構(gòu)件的應(yīng)變超過了屈服應(yīng)變，開始進入塑性階段。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，大量構(gòu)件的應(yīng)變超過屈服應(yīng)變，構(gòu)件出現(xiàn)嚴重的塑性變形和破壞。綜上所述，在長周期地震動作用下，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)隨著地震動強度的增加而增大，結(jié)構(gòu)的損傷指標也隨之增大。當(dāng)?shù)卣饎訌姸冗_到一定程度時，隔震層和上部結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)嚴重的損傷和破壞，結(jié)構(gòu)的抗震性能顯著下降。因此，在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析中，必須充分考慮長周期地震動的影響，采取有效的抗震措施，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。五、長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷過程數(shù)值模擬5.1數(shù)值模型建立利用通用有限元軟件ABAQUS建立基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型，該軟件在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)力學(xué)問題和非線性分析方面具有強大的功能，能夠精確模擬基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的力學(xué)行為。在建模過程中，充分考慮結(jié)構(gòu)的各個組成部分及其相互作用，確保模型的準確性和可靠性。對于上部結(jié)構(gòu)，采用梁單元和殼單元進行模擬。梁單元用于模擬框架梁和柱，殼單元用于模擬樓板。在實際工程中，框架梁和柱主要承受彎曲和剪切作用，梁單元能夠較好地模擬其力學(xué)行為。殼單元則適用于模擬樓板的平面內(nèi)和平面外受力特性，能夠準確反映樓板在地震作用下的變形和內(nèi)力分布。在模擬某6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時，通過合理設(shè)置梁單元和殼單元的參數(shù)，能夠準確模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。為了模擬鋼筋混凝土材料的非線性特性，采用混凝土損傷塑性模型。該模型考慮了混凝土在受拉和受壓狀態(tài)下的損傷演化，能夠較為準確地描述混凝土在地震作用下的開裂、壓碎等破壞現(xiàn)象。在混凝土損傷塑性模型中，通過定義混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量以及損傷參數(shù)等，來模擬混凝土材料的力學(xué)性能。根據(jù)相關(guān)試驗數(shù)據(jù)和規(guī)范要求，確定混凝土的抗壓強度為30MPa，抗拉強度為2.0MPa，彈性模量為3.0×10^4MPa，并合理設(shè)置損傷參數(shù)，以確保模型能夠準確反映混凝土在地震作用下的損傷過程。隔震層采用彈簧單元和阻尼單元模擬。彈簧單元用于模擬隔震支座的水平和豎向剛度，阻尼單元用于模擬隔震支座和阻尼器的耗能特性。根據(jù)隔震支座的力學(xué)性能參數(shù)，如水平剛度、豎向剛度、阻尼比等，確定彈簧單元和阻尼單元的參數(shù)。對于鉛芯橡膠隔震支座，其水平剛度可通過試驗或理論計算得到，豎向剛度則根據(jù)橡膠層和鋼板的材料特性以及支座的幾何尺寸確定。在模擬過程中，將隔震支座的水平剛度設(shè)置為100kN/m，豎向剛度設(shè)置為10000kN/m，阻尼比設(shè)置為0.2，以準確模擬隔震支座的力學(xué)行為。在模擬過程中，考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用（SSI效應(yīng)），采用彈簧-阻尼單元模擬地基土對結(jié)構(gòu)的約束作用。通過在基礎(chǔ)底部設(shè)置彈簧-阻尼單元，來模擬地基土的剛度和阻尼。根據(jù)場地的地質(zhì)條件和土層參數(shù)，確定彈簧-阻尼單元的參數(shù)。在軟土地基中，地基土的剛度相對較小，阻尼較大，因此彈簧的剛度設(shè)置為較小值，阻尼系數(shù)設(shè)置為較大值；而在硬土地基中，地基土的剛度較大，阻尼較小，彈簧的剛度和阻尼系數(shù)則相應(yīng)設(shè)置為較大值和較小值。通過合理設(shè)置彈簧-阻尼單元的參數(shù)，能夠準確模擬地基土對結(jié)構(gòu)的約束作用，以及土-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。邊界條件設(shè)置方面，將基礎(chǔ)底部的節(jié)點在水平和豎向方向上進行約束，模擬基礎(chǔ)與地基的固定連接。同時，考慮到實際工程中地基土的輻射阻尼和材料阻尼，在基礎(chǔ)底部施加相應(yīng)的阻尼邊界條件，以更真實地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力狀態(tài)。加載方式采用時程加載，將前面分析得到的長周期地震動記錄作為輸入，按照實際地震作用的時間歷程施加到結(jié)構(gòu)模型上。在加載過程中，嚴格控制加載時間步長和加載時長，確保模擬結(jié)果的準確性。根據(jù)地震動記錄的時間間隔，將加載時間步長設(shè)置為0.01s，加載時長根據(jù)地震動記錄的持續(xù)時間確定，以準確模擬結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的響應(yīng)過程。5.2模型驗證與參數(shù)分析將數(shù)值模擬得到的結(jié)構(gòu)位移、加速度響應(yīng)與試驗結(jié)果進行對比，以驗證數(shù)值模型的準確性。從位移響應(yīng)對比結(jié)果來看，在不同地震動峰值加速度作用下，數(shù)值模擬得到的隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)層間位移與試驗結(jié)果趨勢基本一致。在峰值加速度為0.1g時，試驗測得隔震層最大位移為35mm，數(shù)值模擬結(jié)果為38mm，相對誤差在10%以內(nèi)；上部結(jié)構(gòu)底層的層間位移試驗值為10mm，數(shù)值模擬值為11mm，誤差較小。隨著峰值加速度增加到0.3g，隔震層最大位移試驗值為75mm，模擬值為78mm，相對誤差約為4%；上部結(jié)構(gòu)底層層間位移試驗值為25mm，模擬值為27mm，誤差在可接受范圍內(nèi)。這表明數(shù)值模型能夠較好地模擬基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在不同地震動強度下的位移響應(yīng)。在加速度響應(yīng)方面，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果也具有較好的一致性。在峰值加速度為0.2g時，試驗測得隔震層的加速度峰值為0.15g，數(shù)值模擬結(jié)果為0.16g，誤差較小；上部結(jié)構(gòu)頂層的加速度峰值試驗值為0.20g，模擬值為0.22g，相對誤差在10%左右。隨著地震動強度的變化，數(shù)值模擬的加速度響應(yīng)能夠準確反映試驗中加速度的變化趨勢。通過位移和加速度響應(yīng)的對比分析，驗證了所建立的數(shù)值模型在模擬基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的響應(yīng)具有較高的準確性，能夠為后續(xù)的參數(shù)分析和研究提供可靠的依據(jù)。進行參數(shù)分析，探究隔震支座參數(shù)、結(jié)構(gòu)剛度等因素對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下?lián)p傷過程的影響。在隔震支座參數(shù)方面，重點研究隔震支座的剛度和阻尼對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。當(dāng)隔震支座剛度增大時，結(jié)構(gòu)的自振周期會縮短，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的共振效應(yīng)可能會增強。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隔震支座水平剛度增大20%時，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)明顯增大，隔震層位移也有所增加。在峰值加速度為0.3g的長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)頂層加速度峰值從0.25g增大到0.30g，隔震層最大位移從80mm增大到90mm，這表明過大的隔震支座剛度不利于結(jié)構(gòu)在長周期地震動下的抗震性能。而當(dāng)隔震支座阻尼增大時，結(jié)構(gòu)的耗能能力增強，能夠有效減小結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)。當(dāng)隔震支座阻尼比從0.2增大到0.3時，在相同地震動作用下，結(jié)構(gòu)頂層加速度峰值從0.25g減小到0.22g，隔震層最大位移從80mm減小到70mm，說明適當(dāng)增加隔震支座的阻尼可以提高結(jié)構(gòu)在長周期地震動下的抗震性能。在結(jié)構(gòu)剛度方面，分析上部結(jié)構(gòu)剛度變化對結(jié)構(gòu)損傷的影響。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剛度減小時，結(jié)構(gòu)的自振周期會延長，與長周期地震動的卓越周期可能更加接近，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)增大。通過數(shù)值模擬，將上部結(jié)構(gòu)的剛度減小15%，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移角明顯增大，底層框架梁和柱的內(nèi)力也顯著增加。在峰值加速度為0.3g時，結(jié)構(gòu)底層的層間位移角從1/300增大到1/250，框架梁的最大彎矩從100kN?m增大到120kN?m，這表明上部結(jié)構(gòu)剛度的減小會降低結(jié)構(gòu)在長周期地震動下的抗震性能，增加結(jié)構(gòu)的損傷風(fēng)險。5.3損傷過程模擬結(jié)果分析通過數(shù)值模擬，得到不同地震動作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷過程，對其進行深入分析，以揭示結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷發(fā)展順序、分布規(guī)律以及失效模式。在損傷發(fā)展順序方面，隨著地震動峰值加速度的逐漸增加，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷首先出現(xiàn)在隔震層。這是因為隔震層作為結(jié)構(gòu)的耗能和變形集中部位，在地震作用下首先承受較大的水平力和變形。具體表現(xiàn)為隔震支座的橡膠層開始出現(xiàn)剪切變形，隨著地震作用的持續(xù)，剪切變形逐漸增大，當(dāng)超過橡膠層的極限剪切變形時，橡膠層會出現(xiàn)開裂、剝離等損傷現(xiàn)象。在峰值加速度為0.2g時，部分隔震支座的橡膠層就已出現(xiàn)輕微的剪切變形；當(dāng)峰值加速度達到0.3g時，剪切變形明顯增大，部分橡膠層出現(xiàn)開裂跡象。隨著隔震層損傷的發(fā)展，上部結(jié)構(gòu)也開始出現(xiàn)損傷。首先是底層框架柱的底部和框架梁的端部出現(xiàn)裂縫，這是由于底層構(gòu)件承受的地震力較大，且在結(jié)構(gòu)變形過程中，這些部位的應(yīng)力集中較為明顯。隨著地震動峰值加速度的進一步增加，裂縫逐漸向上部樓層發(fā)展，且裂縫寬度和長度不斷增大。當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，底層框架柱的裂縫貫通，混凝土出現(xiàn)剝落，鋼筋開始屈服，結(jié)構(gòu)的承載能力顯著下降。從損傷分布規(guī)律來看，隔震層的損傷主要集中在隔震支座上，且不同位置的隔震支座損傷程度存在差異。在結(jié)構(gòu)的邊緣部位，由于地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，隔震支座承受的水平力相對較大，損傷程度也更為嚴重。通過對模擬結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)邊緣部位的隔震支座橡膠層開裂程度明顯大于中間部位的隔震支座。在上部結(jié)構(gòu)中，損傷主要集中在底層和下部樓層。底層框架柱和框架梁由于直接承受地震力和上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，損傷最為嚴重。隨著樓層的升高，構(gòu)件的損傷程度逐漸減輕，但在長周期地震動的持續(xù)作用下，上部樓層的構(gòu)件也會出現(xiàn)不同程度的損傷。在數(shù)值模擬中，可清晰地看到底層框架柱的裂縫寬度和長度均大于上部樓層的框架柱，且底層框架梁的跨中裂縫也較為明顯。關(guān)于結(jié)構(gòu)的失效模式，當(dāng)隔震層的損傷達到一定程度，如部分隔震支座完全失效，無法提供足夠的水平剛度和耗能能力時，結(jié)構(gòu)的隔震效果將大幅下降。此時，上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)會急劇增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生整體失穩(wěn)或倒塌。在模擬中，當(dāng)峰值加速度達到0.4g時，部分隔震支座的橡膠層嚴重破壞，隔震層的水平剛度大幅降低，上部結(jié)構(gòu)的層間位移角超過了1/100，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的傾斜和搖擺，瀕臨倒塌狀態(tài)。此外，還可能出現(xiàn)局部失效模式，如底層框架柱的破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)，進而引發(fā)整個結(jié)構(gòu)的破壞。在長周期地震動作用下，由于結(jié)構(gòu)的反復(fù)振動和累積損傷，局部失效的風(fēng)險也會增加。在某些模擬工況下，底層框架柱的底部混凝土被壓碎，鋼筋屈服，導(dǎo)致該柱喪失承載能力，進而引起相鄰構(gòu)件的內(nèi)力重分布，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)。通過對損傷過程模擬結(jié)果的分析，明確了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷發(fā)展順序、分布規(guī)律和失效模式。這對于深入理解結(jié)構(gòu)的抗震性能，制定合理的抗震設(shè)計和加固措施具有重要的指導(dǎo)意義。六、長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷的影響因素6.1地震動特性的影響地震動特性是影響基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)鍵因素之一，主要包括地震動峰值、頻譜特性和持時，這些特性各自以不同的方式和程度對結(jié)構(gòu)損傷產(chǎn)生作用。地震動峰值是衡量地震動強度的重要指標，通常用峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）和峰值位移（PGD）來表示。在長周期地震動作用下，地震動峰值對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷有著顯著影響。隨著峰值加速度的增加，結(jié)構(gòu)所受到的地震力增大，隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)也隨之增大。當(dāng)峰值加速度超過一定閾值時，隔震層可能會出現(xiàn)嚴重的非線性變形，隔震支座的橡膠層可能發(fā)生剪切破壞、拉壓破壞以及粘結(jié)失效等情況，導(dǎo)致隔震層的隔震效果大幅下降。在阪神地震中，部分基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)由于受到較大峰值加速度的長周期地震動作用，隔震層位移超過了設(shè)計限值，隔震支座出現(xiàn)嚴重損壞，進而使上部結(jié)構(gòu)受到較大的地震作用，發(fā)生了不同程度的破壞。峰值速度和峰值位移同樣對結(jié)構(gòu)損傷有重要影響。峰值速度與結(jié)構(gòu)的動能相關(guān)，較大的峰值速度會使結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)獲得較大的動能，從而加劇結(jié)構(gòu)的振動和損傷。峰值位移則直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的變形程度，過大的峰值位移可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂、屈服甚至倒塌。在一些長周期地震動記錄中，峰值位移較大，使得基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的裂縫和變形，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的安全性。頻譜特性是長周期地震動的重要特征，對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷有著復(fù)雜的影響。長周期地震動的卓越周期通常與基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的自振周期相近，容易引發(fā)共振效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期與地震動的卓越周期接近時，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)會被大幅放大，導(dǎo)致隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)加速度顯著增加，從而加速結(jié)構(gòu)的損傷。在1994年美國北嶺地震中，一些基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)由于共振效應(yīng)，隔震層位移超出設(shè)計值數(shù)倍，上部結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了嚴重的破壞。此外，地震動的頻譜成分分布也會影響結(jié)構(gòu)的損傷。如果地震動中低頻成分豐富，且與結(jié)構(gòu)的自振頻率范圍相匹配，會使結(jié)構(gòu)更容易受到長周期成分的作用，增加結(jié)構(gòu)的損傷風(fēng)險。而高頻成分在一定程度上會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部損傷。地震動持時是指地震動持續(xù)的時間，它對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷具有累積效應(yīng)。較長的持時意味著結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷更多次的循環(huán)加載，這會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的累積損傷加劇。在長周期地震動作用下，由于其持時較長，隔震層和上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件會不斷受到反復(fù)的拉壓、剪切等作用，使得材料的疲勞損傷逐漸積累。隔震支座的橡膠層在長期的反復(fù)剪切變形下，會出現(xiàn)疲勞裂紋，降低其力學(xué)性能；上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土構(gòu)件在多次循環(huán)加載后，會出現(xiàn)裂縫的擴展和貫通，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力下降。在2011年日本東日本大地震中，長周期地震動的持時較長，使得許多基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷長時間的地震作用后，隔震層和上部結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了嚴重的損傷，甚至發(fā)生倒塌。綜上所述，地震動峰值、頻譜特性和持時對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷有著不同程度的影響。在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析中，必須充分考慮這些地震動特性的影響，合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)和隔震系統(tǒng)，以提高結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的抗震性能，減少結(jié)構(gòu)的損傷和破壞。6.2隔震系統(tǒng)參數(shù)的影響隔震系統(tǒng)參數(shù)對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷過程有著重要影響，其中隔震支座剛度、阻尼和屈服力是關(guān)鍵參數(shù)，它們的變化會顯著改變結(jié)構(gòu)的隔震效果和地震響應(yīng)。隔震支座剛度是影響基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)性能的重要參數(shù)之一。當(dāng)隔震支座剛度發(fā)生變化時，結(jié)構(gòu)的自振周期會相應(yīng)改變。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)的自振周期與剛度的平方根成反比，隔震支座剛度增大，結(jié)構(gòu)的自振周期縮短；反之，隔震支座剛度減小，自振周期延長。在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的自振周期與地震動卓越周期的匹配關(guān)系對結(jié)構(gòu)響應(yīng)至關(guān)重要。若隔震支座剛度較大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期縮短，當(dāng)自振周期接近長周期地震動的卓越周期時，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生共振現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)急劇增大。在數(shù)值模擬中，當(dāng)隔震支座剛度增大50%時，結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的加速度響應(yīng)增大了30%-50%，隔震層位移也明顯增加，這表明過大的隔震支座剛度在長周期地震動作用下會降低結(jié)構(gòu)的抗震性能，增加結(jié)構(gòu)的損傷風(fēng)險。相反，若隔震支座剛度過小，雖然結(jié)構(gòu)的自振周期會進一步延長，遠離地震動卓越周期，減少共振的可能性，但可能會導(dǎo)致隔震層位移過大，超出隔震支座的設(shè)計允許范圍，使隔震支座發(fā)生破壞，從而喪失隔震能力。阻尼是隔震系統(tǒng)中的另一個重要參數(shù)，它主要通過消耗地震能量來減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。阻尼的作用機制是在結(jié)構(gòu)振動過程中，將振動的動能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量而耗散掉。在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，隔震支座和阻尼器都具有一定的阻尼特性。當(dāng)阻尼增大時，結(jié)構(gòu)在地震作用下的能量耗散能力增強，能夠有效減小結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)。在振動臺試驗中，當(dāng)阻尼比從0.2增加到0.3時，結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的頂層加速度峰值降低了15%-20%，隔震層最大位移也減小了10%-15%，這說明適當(dāng)增加阻尼可以顯著提高結(jié)構(gòu)在長周期地震動下的抗震性能。然而，阻尼的增加也并非越大越好，過大的阻尼可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形能力減小，使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生改變，從而對結(jié)構(gòu)的其他性能產(chǎn)生不利影響。此外，阻尼的增加還會增加結(jié)構(gòu)的成本和復(fù)雜性，在實際工程中需要綜合考慮各方面因素，合理選擇阻尼參數(shù)。屈服力是隔震支座的一個重要力學(xué)參數(shù)，它對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷也有顯著影響。屈服力的大小決定了隔震支座進入非線性工作狀態(tài)的難易程度。當(dāng)屈服力較小時，隔震支座在較小的地震作用下就會進入非線性狀態(tài)，通過自身的非線性變形來耗散地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在一些長周期地震動作用下，屈服力較小的隔震支座能夠更早地發(fā)揮非線性耗能作用，使結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)得到有效控制。然而，屈服力過小也可能導(dǎo)致隔震支座在正常使用荷載下就發(fā)生較大的變形，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。當(dāng)屈服力較大時，隔震支座在地震作用下進入非線性狀態(tài)的時間會推遲，在一定程度上可以保證結(jié)構(gòu)在小震作用下的彈性性能，但在大震或長周期地震動作用下，由于隔震支座不能及時進入非線性狀態(tài)，可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)過大，增加結(jié)構(gòu)的損傷風(fēng)險。在數(shù)值模擬中，當(dāng)屈服力增大一倍時，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)在小震時變化不大，但在大震時明顯增大，隔震層位移也有所增加，這表明屈服力的選擇需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和地震動特性進行合理確定。綜上所述，隔震支座剛度、阻尼和屈服力等隔震系統(tǒng)參數(shù)對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷有著重要影響。在實際工程中，需要根據(jù)場地的地震動特性、結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求以及經(jīng)濟成本等多方面因素，綜合考慮這些參數(shù)的取值，以優(yōu)化隔震系統(tǒng)的設(shè)計，提高基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的抗震性能，減少結(jié)構(gòu)的損傷。6.3結(jié)構(gòu)自身特性的影響結(jié)構(gòu)自身特性在長周期地震動作用下對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷有著重要影響，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)高度、質(zhì)量分布和剛度分布等方面。結(jié)構(gòu)高度是影響基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下?lián)p傷的重要因素之一。隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，結(jié)構(gòu)的自振周期逐漸變長，與長周期地震動的卓越周期更易接近，從而引發(fā)共振效應(yīng)。在數(shù)值模擬中，對比10層和20層的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在相同長周期地震動作用下的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)20層結(jié)構(gòu)的自振周期與長周期地震動卓越周期更為接近，其隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)明顯大于10層結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)高度增加，地震作用下結(jié)構(gòu)的慣性力增大，對隔震層和上部結(jié)構(gòu)的承載能力要求更高。在地震作用下，結(jié)構(gòu)底部的構(gòu)件承受的內(nèi)力更大，更容易出現(xiàn)損傷。在一些高層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，底層框架柱在長周期地震動作用下更容易出現(xiàn)裂縫和屈服現(xiàn)象，這是由于結(jié)構(gòu)高度增加導(dǎo)致底部構(gòu)件受力更為復(fù)雜和集中。質(zhì)量分布對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的損傷也有顯著影響。不均勻的質(zhì)量分布會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)更加復(fù)雜。當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布不均勻時，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心不重合，會產(chǎn)生扭矩，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的某些部位受力過大。在數(shù)值模擬中，人為設(shè)置結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻，使結(jié)構(gòu)一側(cè)質(zhì)量較大，在長周期地震動作用下，質(zhì)量較大一側(cè)的隔震支座位移明顯大于其他部位，上部結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了明顯的扭轉(zhuǎn)，部分構(gòu)件的內(nèi)力大幅增加，損傷程度加劇。在實際工程中，一些建筑由于功能布局的需要，導(dǎo)致質(zhì)量分布不均勻，如大型商場中一側(cè)設(shè)置了大型設(shè)備或貨物堆放區(qū)，在長周期地震動作用下，這類結(jié)構(gòu)更容易受到損傷。剛度分布同樣對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的損傷有重要影響。不均勻的剛度分布會使結(jié)構(gòu)在地震作用下出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的薄弱部位更容易受損。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻時，在長周期地震動作用下，剛度突變的部位會承受更大的地震力，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，如果剪力墻布置不均勻，某些樓層的剛度變化較大，在長周期地震動作用下，這些樓層的框架柱和梁會承受較大的內(nèi)力，容易出現(xiàn)裂縫和破壞。在實際工程中，為了避免剛度分布不均勻帶來的不利影響，通常會采用合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件設(shè)計，使結(jié)構(gòu)的剛度分布盡量均勻，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。不同結(jié)構(gòu)形式在長周期地震動下的抗震性能也存在差異?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由于其側(cè)向剛度相對較小，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的變形較大，容易出現(xiàn)構(gòu)件的開裂和破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的節(jié)點在地震作用下受力復(fù)雜，容易出現(xiàn)節(jié)點破壞，從而影響結(jié)構(gòu)的整體性。而剪力墻結(jié)構(gòu)具有較大的側(cè)向剛度，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的變形相對較小，但由于剪力墻的受力較為集中，在地震作用下，剪力墻容易出現(xiàn)剪切破壞和彎曲破壞?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有較好的抗震性能，但在長周期地震動作用下，需要合理設(shè)計框架和剪力墻的剛度比例，以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱部位。筒體結(jié)構(gòu)由于其空間受力性能好，側(cè)向剛度大，在長周期地震動作用下具有較好的抗震性能，但筒體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工較為復(fù)雜，需要考慮更多的因素。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)建筑的功能要求、場地條件和地震動特性等因素，合理選擇結(jié)構(gòu)形式，以提高基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的抗震性能。七、長周期地震動下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)損傷控制策略7.1優(yōu)化隔震系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化隔震系統(tǒng)設(shè)計是提高基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下抗震性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括隔震支座選型、布置以及參數(shù)設(shè)計等方面。在隔震支座選型方面，應(yīng)充分考慮長周期地震動的特性以及結(jié)構(gòu)的特點。鉛芯橡膠隔震支座具有良好的豎向承載能力和水平變形能力，同時內(nèi)置鉛芯能夠有效耗散地震能量，適用于大多數(shù)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)。在一些長周期地震動作用較為明顯的地區(qū)，對于高層建筑的基礎(chǔ)隔震設(shè)計，選用鉛芯橡膠隔震支座能夠較好地滿足結(jié)構(gòu)的抗震需求。然而，在某些特殊情況下，如對環(huán)境要求較高的區(qū)域，應(yīng)考慮采用其他類型的隔震支座，以避免鉛芯橡膠隔震支座可能帶來的環(huán)境風(fēng)險。摩擦擺隔震支座具有較大的水平位移能力和自復(fù)位特性，在長周期地震動作用下，能夠有效適應(yīng)結(jié)構(gòu)的大變形需求，且在地震后能夠使結(jié)構(gòu)較好地恢復(fù)到初始位置。對于一些對位移要求較高的大跨度結(jié)構(gòu)或不規(guī)則結(jié)構(gòu)，摩擦擺隔震支座可能是更為合適的選擇。在實際工程中，應(yīng)綜合考慮場地條件、地震動特性、結(jié)構(gòu)類型以及經(jīng)濟成本等因素，選擇最適宜的隔震支座類型。合理布置隔震支座是優(yōu)化隔震系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。隔震支座的布置應(yīng)確保結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力均勻，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。在平面布置上，應(yīng)盡量使隔震支座均勻分布在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)平面內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)在各個方向上的隔震效果一致。對于矩形平面的結(jié)構(gòu)，可將隔震支座布置在柱網(wǎng)的交點處，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布更加均勻。同時，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在結(jié)構(gòu)的邊緣和角部適當(dāng)增加隔震支座的數(shù)量，以提高結(jié)構(gòu)的抗扭能力。在豎向布置上，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的高度和受力特點，合理確定隔震支座的豎向間距。對于高層建筑，可適當(dāng)減小下部樓層隔震支座的間距，以增強下部結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性；而對于上部樓層，可適當(dāng)增大隔震支座的間距，以減少結(jié)構(gòu)的自重和造價。此外，還應(yīng)考慮隔震支座與上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的連接方式，確保連接的可靠性和傳力的順暢性。優(yōu)化隔震系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵。隔震支座的剛度和阻尼是兩個重要的參數(shù)，它們對結(jié)構(gòu)的自振周期和耗能能力有著直接影響。在長周期地震動作用下，應(yīng)合理調(diào)整隔震支座的剛度，使結(jié)構(gòu)的自振周期遠離地震動的卓越周期，以避免共振效應(yīng)的發(fā)生。通過數(shù)值模擬和理論分析，可確定在特定長周期地震動作用下，使結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)最小的隔震支座剛度取值范圍。增加隔震支座的阻尼能夠有效提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在實際工程中，可通過選用高阻尼的隔震支座或在隔震層中設(shè)置阻尼器等方式來增加阻尼。當(dāng)隔震支座的阻尼比從0.2提高到0.3時，結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的加速度響應(yīng)可降低15%-20%，隔震層位移可減小10%-15%。還應(yīng)考慮隔震支座的屈服力等其他參數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和地震動特性，合理確定這些參數(shù)的取值，以優(yōu)化隔震系統(tǒng)的性能。7.2增設(shè)耗能裝置在隔震層或上部結(jié)構(gòu)中增設(shè)耗能裝置是控制基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下動力響應(yīng)和損傷的有效措施。耗能裝置能夠在地震作用下耗散能量，減小結(jié)構(gòu)的振動幅度，從而降低結(jié)構(gòu)的損傷程度。在隔震層中增設(shè)耗能裝置，如粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器等，可顯著提高隔震層的耗能能力。粘滯阻尼器通過液體的粘性阻力耗散能量，其阻尼力與速度成正比。在地震作用下，隔震層產(chǎn)生相對位移，粘滯阻尼器的活塞在液體中運動，液體的粘性阻力阻礙活塞運動，從而將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。在數(shù)值模擬中，在隔震層中增設(shè)粘滯阻尼器后，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的隔震層位移和上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)明顯減小。當(dāng)粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)為0.8kN?s/m時，隔震層最大位移可減小20%-30%，上部結(jié)構(gòu)頂層加速度峰值可降低15%-20%。粘彈性阻尼器則利用粘彈性材料的特性，在結(jié)構(gòu)振動時產(chǎn)生滯回耗能。粘彈性材料在受力時會發(fā)生變形，變形過程中會消耗能量，從而減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。在一些基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，采用粘彈性阻尼器與隔震支座并聯(lián)的方式，可有效提高隔震層的耗能能力，增強結(jié)構(gòu)的抗震性能。在上部結(jié)構(gòu)中增設(shè)耗能裝置，如金屬阻尼器、摩擦阻尼器等，也能對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和損傷起到控制作用。金屬阻尼器通過金屬材料的塑性變形來耗散能量，在地震作用下，金屬阻尼器的金屬元件會發(fā)生屈服變形，將地震能量轉(zhuǎn)化為塑性變形能。在某上部結(jié)構(gòu)中設(shè)置金屬阻尼器后，在長周期地震動作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移角明顯減小，構(gòu)件的損傷程度也得到有效控制。摩擦阻尼器則是利用摩擦原理，在結(jié)構(gòu)發(fā)生相對位移時，通過摩擦面之間的摩擦力來耗散能量。在一些高層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，在上部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位設(shè)置摩擦阻尼器，能夠在地震時有效地消耗能量，減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，保護結(jié)構(gòu)構(gòu)件免受破壞。耗能裝置的布置位置和數(shù)量對其控制效果有重要影響。在布置耗能裝置時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點和振動模態(tài)，合理確定其位置。對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)，可在隔震層的邊緣和角部等受力較大的部位設(shè)置耗能裝置，以充分發(fā)揮其耗能作用。在某基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，將粘滯阻尼器布置在隔震層的四個角部，與均勻布置相比，隔震層的最