高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。     

多球面滑动摩擦隔震支座的设计原理和理论模型

介绍一种用于桥梁抗震的多球面滑动摩擦隔震支座,分析这种支座的设计原理,阐明其构造特点,分析了其工作机理和滑动隔震过程,并由此建立了该隔震支座的力—位移关系恢复力模型。理论分析表明,该支座除具备完善的减隔震支座所要求的功能之外,还构造简单、隔震机理清楚、数学物理模型明确,能够满足实际应用中简单性的要求。此外,该支座在不同强度的外部激励下,可以表现出不同的阻尼和刚度。并且具备单独优化性能,即该支座可以基于多性能目标或多水准地震,对于给定的桥梁隔震系统的各个参数分别进行优化。这两种特性使得该支座适合多水准地震动作用下,基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

叠层橡胶垫与RC柱串联隔震体系的随机屈曲分析

悬臂柱与橡胶隔震支座组成的串联隔震系统是国内外很常见的建筑隔震体系,其稳定性受到工程设计和研究人员的广泛关注。由于地震激励的随机性,悬臂柱的刚度不但会通过串联隔震体系的频率响应函数影响结构体系的随机响应特性,而且隔震层顶部的水平位移、水平剪力及竖向屈曲临界荷载三者都受这组随机响应的支配,并有明显的交互作用。本文介绍了笔者所提出的串联隔震结构在地震激励作用下的随机屈曲响应所做的理论模型。针对串联隔震体系的特点,对串联体系的屈曲特性进行了定量分析,分别建立了分析串联隔震体系频率成份和最大层间剪力、最大隔震层位移随机响应的非线性滞变模型,分析了单柱串联体系的屈曲荷载及两种失效准则对应于屈曲分析的工程意义,提出了体现II型失稳特性主要影响因素的屈曲临界荷载均值表达式。     

砂土液化对基础隔震结构地震反应的影响分析∗

砂土液化会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,这一现象也将对基础隔震结构地震反应规律产生影响。 基于有限元方法,采用 ABAQUS建立了土?隔震结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同地基液化情况对基础隔震结构地震反应规律及隔震效果的影响进行了深入分析。结果表明：隔震结构下部桩基础能够有效提高下部地基的抗液化能力,进而保证隔震结构的整体稳定性。总体来看,液化场地上隔震结构的隔震效果及地震反应与输入地震动的特性相关,近场地震作用下液化地基上隔震结构的隔震性能保持良好,而远场强震作用下液化地基上隔震结构的隔震效果降低。同时隔震层产生较大的位移反应可能导致隔震支座失稳或强度破坏,设计时需特别注意。     

方形组合式钢丝绳隔震器静刚度试验研究

作者研制了一种新型方形组合式钢丝绳隔震器。该种隔震器由4个条形夹具夹持16根普通镀锌钢丝绳组合而成,从结构形式上保证了水平刚度对称。经过多次垂直向循环静力加卸载试验,运用Origin 7.0软件对实验数据进行分析处理,绘制出该种隔震器的静力特性曲线,并分别与目前防护工程中采用的条形不锈钢钢丝绳隔震器、鼓形钢丝绳隔震器的静力特性曲线进行了比较。试验结果表明,方形组合式钢丝绳隔震器不但具有初始刚度大、软特性明显、阻尼大、加工简便、性价比高等优点,而且克服了条形不锈钢钢丝绳隔震器价格高、水平刚度不相同和鼓形钢丝绳隔震器加工复杂的不足,在今后的防护工程隔震技术中有良好的应用前景。     

隔震建筑概念设计的基本问题

在隔震建筑的设计过程中应首先进行概念设计,在总体上把握隔震结构设计的主要方面。本文论述了隔震建筑概念设计的基本问题。在概念设计阶段,首先应在目标设计概念指导下,综合隔震建筑安全性与投资水平的平衡,确定建筑是采用隔震结构还是抗震结构。在进行隔震设计时,应根据输入地震动的加速度幅值和主频,建筑的允许加速度等值确定隔震结构的固有频率;应根据隔震系数和隔震层的允许位移合理确定隔震层总体刚度的范围。对隔震建筑的上部结构,应选择有利房型,合理布置结构,减小结构的不利地震反应。     

铅芯橡胶支座参数变化对大跨空间网架水平隔震效果的影响

提出在上部空间网架结构和下部支撑结构之间应用铅芯橡胶支座设置水平隔震层,可以有效地减小空间网架结构的水平地震响应。采用非线性时程分析方法计算了某大跨空间网架结构采用铅芯橡胶支座水平隔震前后的地震响应,研究了铅芯橡胶支座对网架结构水平隔震效果的主要影响参数,并详细分析了铅芯橡胶支座屈服力、屈服前刚度和屈服前后刚度比等三种设计参数的变化对水平隔震效果的影响规律,在此基础上给出了网架结构的水平隔震设计建议。     

极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构地震响应特性

以上部结构分别为三层、五层、七层和九层的 LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,考虑了上部结构屈服强度比、刚度、硬化系数等的影响,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下隔震结构无碰撞以及隔震层与限位墙发生碰撞时的非线性响应特性进行了分析和对比。结果表明：增大上部结构屈服强度比,可以有效降低上部结构的层间位移和延性需求;当屈服强度比越小、上部结构刚度越大时,硬化系数对结构响应的影响越大;无碰撞时,对于上部结构基本自振周期在一定范围内变化的 LRB 基础隔震结构,相同的屈服强度比对应的上部结构延性需求、损伤状态基本一致,但是当隔震层与限位墙发生碰撞,上部结构破坏程度会有很大差异,特别是上部结构刚度较大时,延性需求增大非常明显,这种情况下上部结构破坏已经非常严重甚至会倒塌。     

考虑双向非线性的橡胶垫隔震层静力性能

在高阻尼橡胶垫单向双折线非线性假设的基础上,运用塑性流动法则,建立了平扭耦联隔震体系隔震层的双向非线性弹塑性本构关系计算模型及其静力计算方法。同时,通过隔震层模型的计算,分析了隔震垫非线性及隔震垫不同布置对其静力性能的影响,供平扭耦联隔震体系双向非线性动力性能的进一步研究参考。     

一种新型的MR隔震减振支座及其剪切性能试验研究

基于磁流变(MR)智能材料的减振器技术的研究可以为实现工程结构隔震减振自适应控制开辟一条新的途径。设计加工了一种新型的分体式MR隔震减振支座,并对该隔震减振支座的剪切性能进行了试验研究。新型MR隔震减振支座包含MR塑性体工作单元和MR弹性体工作单元,其中MR塑性体提供小位移工况时的刚度和阻尼,MR弹性体提供大位移工况时的刚度和阻尼。结果表明:新型MR隔震减振支座的剪切刚度随着工作电流强度的增大而增大,相较无电流工况,电流强度为2A时等效剪切刚度相对变化率可达到50%以上;无电流输入时支座中基体及普通填充橡胶仍可提供一定阻尼力,能够有效吸收振动能量,达到中高阻尼橡胶支座的性能;竖向压应力提高了新型MR隔震减振支座的剪切刚度;小位移时加载频率的降低对新型MR隔震减振支座的剪切刚度有增益效果。该新型MR隔震减振支座可以适用于震动荷载工况复杂多变,需要严格控制大位移变形的隔震结构物。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90%以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器(MRD)的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc-Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值(VDV)的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

10kV配电线路带电作业横担绝缘遮蔽罩设计

针对10kV柱上电力设备带电作业中绝缘引流线跨越耐张横担的绝缘遮蔽问题,经过深入实际的研究和分析,设计了一种使用灵活、方便、简捷、安全,绝缘遮蔽和绝缘隔离效果优良的组合式横担绝缘遮蔽罩。应用结果表明:组合式横担绝缘遮蔽罩有效地提高了10kV配网不停电作业的工作效率和安全系数,具有一定的工程实用价值。     

基坑外设置隔离桩对土体水平位移的隔断效果分析

目前对于隔离桩是否能有效减小基坑外地下结构的变形问题仍存在争议。为研究隔离桩对基坑开挖引起的土体水平位移的隔断效果,结合二阶段分析方法及地层补偿法,提出了求解基坑开挖后隔离桩外土体位移的三阶段分析方法,并对其合理性进行了验证。结果表明:基于该方法的计算,不同基坑开挖深度和不同围护墙变形模式下,隔离桩的存在可减小坑外地坪下一定深度范围内的土体水平位移,但可能增大深层土体水平位移;隔离桩刚度越大,对土体上部水平向位移的隔离效果越好,但同时深层土层位移增大的情况也越明显;合理的隔离桩桩顶埋深可一定程度减小隔离桩对深层土体的牵引作用。为保护基坑外的地下结构而设置隔离桩时,应根据模拟计算结果、工程实际情况及当地经验综合分析其可行性。     

随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。     

火灾作用下单层球面网壳的非线性有限元分析

基于高大空间建筑火灾作用下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温作用下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构在火灾作用下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征,以及不同火源影响的最不利位置。结果表明:网壳结构在所有设计火源模型下的极限耐火时间都在20～30min左右;对于结构极限耐火时间,火源位置的影响大于火源面积的影响;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域,是结构抗火的薄弱部位。     

高速铁路隔振沟隔振效果的现场测试与分析

对沪宁城际铁路高架桥段旁一条为农业灌溉而挖的沟渠在CRH动车组运行时引起的地面振动隔振效果进行了测试与分析。结果表明:随着列车车速的降低,引起的地面竖向振动速度峰值变小、地面竖向振动主频变高;沟渠对地面振动具有低通滤波作用;车速越慢,隔振效果越好,但沟前地面振动变大的现象也越明显;当沟的长度远大于列车长度时,列车车厢数量对沟的隔振效果影响不大。建议修建铁路时,加强与当地居民及农业部门的协调,对沟的长度、深度、宽度以及离轨道的距离进行合理的设计,使沟渠除了满足农业灌溉的需要外,也能起到很好的隔振效果。