摩擦摆支座等效线性化参数及隔震设计方法研究∗

首先推导了摩擦摆支座的水平和竖向恢复力公式,讨论了水平位移对竖向恢复刚度的影响;其次针对目前摩擦摆支座隔震设计、分析中存在的不足,重点讨论了基于规范设计反应谱迭代求解其等效线性化参数的实施流程和需要注意的问题;提出了一种综合隔震周期目标和摩擦力影响粗定等效曲率半径,并根据静轴力分布情况选择摩擦系数大小的摩擦摆支座隔震方案布设方法;最后结合实际工程案例,对比分析了橡胶支座隔震方案和摩擦摆支座隔震方案在不同组合工况下对支座内力、位移的隔震效果及其分布情况。结果表明：两种隔震方案均能达到降度设计的隔震目标,后者由于受三向耦合影响,各支座上的内力分布较前者的离散性更大;摩擦摆支座有可能出现受拉现象,应用中需注意设置抗拉构造措施;摩擦摆支座隔震方案中应重视空间扭转问题和控制支座抬升量。     

考虑支座转角的地基不均匀沉降基础隔震结构地震响应分析∗

地基不均匀沉降可能会引起沉降范围内部分隔震支座发生转动,造成隔震层刚度发生变化,进而导致上部结构地震损伤和失效风险增大。针对地基不均匀沉降条件下基础隔震结构地震响应研究,现有成果大都通过施加平动位移进行模拟,并未考虑隔震支座转角的不利影响。为了研究地基不均匀沉降条件下基础隔震结构支座可能出现的转动及其对整体结构地震响应特征影响规律,首先以隔震支座为对象,研究了支座转动变形与叠层橡胶隔震支座水平刚度变化关系,建立了叠层橡胶隔震支座转角与水平刚度变化关系函数;在此基础上系统研究了地基不均匀沉降条件下整体基础隔震结构响应特征,以及基础结构的减震系数变化规律,以期揭示地基不均匀沉降对基础隔震结构地震响应影响机理。结果表明：隔震支座转角变形会引起隔震结构体系地震响应发生显著变化,随着隔震支座转角增大,隔震层水平刚度增大的同时隔震结构体系变形能力减弱,进而造成上部结构加速度响应增大,位移响应减小,导致基础隔震结构水平减震系数增大,减震效果低于预期;当转角接近π/2 时,隔震支座将丧失降低上部结构地震响应的作用,原隔震结构将退化为抗震结构;对于存在地基不均匀沉降的基础隔震结构,应及时采取必要措施控制地震响应,以防范上部结构发生倾覆。     

大位移摩擦摆底层和多层隔震韧性结构∗

结构韧性性能的目标是:在极罕遇地震作用时,结构不发生严重破坏;地震结束后,结构能恢复预期状态,进而恢复建筑功能的性能。隔震是结构韧性性能实现的关键技术,然而,结构隔震层位移响应超过允许值,引发隔震支座破坏,导致其减震性能失效,成为制约该类结构韧性性能目标实现的关键难题。本文以结构层作为滑动面,主体结构整体或滑动面之间的部分结构作为滑动块,提出大位移摩擦摆新型结构,通过隔震层的不同位置以及数量,构建大位移摩擦摆底层和多层隔震结构体系。分别建立该统一分析模型、探明其减震机理证明其良好减震性能,实现韧性结构性能目标。开展结构设计实现和韧性性能评价研究,表明了主体结构、非结构构件和大位移摩擦摆(支座和结构层)等地震损伤和恢复能力。本研究为韧性结构发展提供了结构新体系和关键发展方向。     

形状记忆合金丝-橡胶支座钢框架隔震效果分析

根据作者开发研制的形状记忆合金丝一橡胶复合支座，建立了传统抗震结构和两种不同支座隔震结构体系的运动方程，并对某个实际工程四层钢框架结构进行了数值模拟，分析其在阪神波和El Centro波作用下的时程反应。研究表明，SMA丝一橡胶复合支座是一种很有效的隔震装置，将它用于钢框架结构，能有效地减小结构的位移、速度及加速度时程反应，而对于加速度峰值较大的阪神波的隔震效果更为明显，说明该复合支座能有效地提供罕遇地震作用下钢结构的隔震效果。     

功能可控型减隔震支座的研发与性能分析∗

为提升梁式桥的抗震性能,实现桥梁结构在地震作用下力学行为的可控性,基于减隔震设计原理,研发了一种功能可控型减隔震支座。通过数值模拟和模型试验研究了该支座的力学行为,结果表明:支座的滑动性能良好,摩擦行为稳定;剪力销力学行为可控,断后摩擦行为正常;环形钢阻尼元件滞回曲线饱满,耗能能力强;可控型支座整体力学行为稳定可控。最后以某3跨桥梁为例分析了可控型支座的减隔震效果,结果表明:合理选用可控型支座可以实现结构在地震作用下力学行为的可控性,使结构响应在力和位移之间取得较好的平衡,从而达到避免桥墩损伤破坏、防止落梁的目的。     

应用形状记忆合金-橡胶复合支座的结构隔震

对橡胶支座存在的问题进行了分析，介绍了SMA-橡胶复合支座的基本构造和工作原理，建立了设置不同支座的单自由度结构的运动方程。应用大型有限元软件ANSYS对分别设置固定支座、普通叠层橡胶支座和形状记忆合金（SMA）-橡胶复合支座这3种不同支承条件的结构进行了，单向地震作用下的隔震仿真模拟，及节点位移和加速度的时程分析。分析表明，SMA-橡胶复合支座和普通叠层橡胶支座都能有效地减小结构的位移和加速度反应，而SMA-橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座能更有效地减小结构的绝对位移反应，防止因隔震层位移过大而导致支座失稳。     

长周期地震动作用下基础隔震结构抗倾覆能力研究

对极限高宽比的基础隔震结构进行地震响应分析,探究常规地震动与长周期地震动的差异,并从隔震层位移、隔震层拉应力以及结构的抗倾覆力矩比3种导致结构倾覆的参数入手,分析基础隔震结构在长周期地震动作用下的倾覆情况。首先,选取近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动各9条。其次,建立3种不同烈度区下极限高宽比限值时的框架隔震结构模型,分析不同设防烈度下罕遇地震对基础隔震结构隔震层支座水平变位与轴向受力的影响,以及罕遇地震时结构的抗倾覆力矩比。最后,修正高宽比限值简化公式,计算出长周期地震动作用下的理论高宽比限值,根据限值修正结构高宽比后再进行地震响应分析。研究结果表明：在长周期罕遇地震动作用下,基础隔震结构隔震支座位移量普遍超过允许限值,大量支座出现拉应力,其中部分支座拉应力超过允许限值,隔震层受到严重破坏;少数情况下结构抗倾覆比小于1.2,结构有倾覆可能;结合简化公式给出长周期地震动作用下高宽比建议值。     

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。     

摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍了摩擦摆隔震支座的基本构成和隔震原理.利用力学平衡原理,对摩擦摆隔震支座进行了理论分析,推导了摩擦摆隔震支座的刚度和等效粘滞阻尼比,构造了摩擦摆隔震支座的滞回模型,并探讨了该支座的自回复能力,得到了其最大残余位移计算公式.采用有限元软件ABAQUS,对摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的...     

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

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。     

基于SMA绞线-叠层橡胶复合支座的结构隔震

研究了基于SMA绞线-叠层橡胶复合支座的框架结构隔震理论和方法，建立了3种不同支承条件下单自由度隔震体系的运动方程，并对一个典型的4层框架结构，分析了它在地震作用下的时程反应。结果表明，SMA绞线-叠层橡胶复合支座是一种有效的隔震装置，它用于框架结构中，能有效地减小结构的位移、速度和加速度反应。     

考虑土⁃结构相互作用的安全壳隔震与支座数量优化∗

为了探究土-结构相互作用(SSI)对隔震的核电站安全壳在地震作用下隔震效果的影响,以及在此基础上对隔震支座数量设置的优化,选取CPR1000建立三维有限元模型,采用0.4g的LBNS地震波作用,通过ABAQUS有限元分析软件模拟计算在不同情况下,考虑SSI效应、不考虑SSI效应、隔震、非隔震,以及不同数量设置的铅芯橡胶隔震支座下的安全壳的地震加速度、位移响应。结果表明,对于非隔震安全壳,考虑SSI效应后最大加速度响应下降44.39%,最大位移响应增大了27.03%;而对于隔震结构,SSI效应影响相对较小,最大加速度及位移响应的变化分别为3.17%和10.73%。但在考虑位移响应下,SSI效应仍不可忽视。随着隔震支座设置数量增大,隔震层的刚度和阻尼增大,在考虑SSI效应下,安全壳的最大加速度响应近线性缓慢增大。而最大位移响应在数量100～300阶段迅速减小,在数量300～600阶段减速则趋于平缓。在数量达到300后,继续增加数量位移减小效果不明显,而加速度将有所增加。因此选取300作为较优的隔震支座数量设置。     

板式支座与铅芯支座连续梁桥振动台试验对比分析

通过对分别采用板式支座和铅芯支座的2座3跨连续梁桥模型进行振动台试验,对比分析了这2类桥梁的动力特性、破坏过程及2种支座对连续梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震波特性对桥梁结构的地震反应有较大影响,在对桥梁结构进行抗震设计时,需选择合理的地震动输入;在地震强度较小时,板式支座的滑动能够起到一定的隔震效果,铅芯支座的隔震性能能得到较好的发挥;在地震强度较大时,铅芯支座的隔震性能不能得到很好的发挥,采用铅芯支座的桥梁地震反应不一定小于普通桥梁;通过合理的设计,2类桥梁都完全可以实现大震不倒的设防目标。     

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。     

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。     

近断层地震作用下基础隔震层组合限位振动台实验研究

近断层脉冲型地震作用下,基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏。设计制作了3层基础隔震钢框架实验模型和11种U型钢板I型铅棒组合限位器,进行了U型钢板静力加载实验和近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型实验。实验表明:①静力加载时,U型钢板具有很好的弹性性能;②动力作用下,组合限位器残余变形较小,仍具有良好限位复位能力;③近断层地震作用下,基础隔震层软限位效果良好,同时控制上部结构层间变形在允许范围内。     

核电站结构隔震研究

建立了核电站CPR1000堆型反应堆厂房的混合分析模型,上部结构采用集中质点—梁单元,下部筏基采用三维实体单元模拟。完成了对典型核电站结构的基础隔震设计,隔震层设置在筏板基础底面,采用铅芯橡胶支座,支座长期面压控制在5 MPa;比较了隔震前后反应堆厂房的动力特性;基于时程分析法,研究了隔震效果,建立了结构内部设备楼层的楼层反应谱;对隔震前后结构水平向和竖向的楼层反应谱进行了对比分析。结果表明,对于核电站结构采用混合分析模型兼有较高的计算效率和精度;隔震后可明显降低结构的地震反应和楼层反应谱,大大提高结构的抗震安全性。     

考虑SSI效应的基础隔震框架结构抗震性态水平分析∗

目前针对于基础隔震结构的性态水平研究往往基于刚性地基假设,未考虑 SSI 效应对结构损伤的影响。因此,为研究柔性地基上小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平,本文以拟建结构为背景,利用 ABAQUS 有限元软件建立该小高宽比基础隔震结构建筑物的有限元计算模型,依据相关规范规定,选取 El?Centro 波、Kobe 波和卧龙波,通过改变土体等效剪切波速设计扩展出 5 种场地,分析了地震动特性、场地条件以及输入地震动加速度峰值对该结构地震反应的影响规律,对该结构的损伤程度进行了统计分析。结果表明：柔性地基上随结构?土体相对刚度比的增大,基础隔震结构的上部结构损伤和隔震层损伤均增大,且上部结构的损伤明显滞后于隔震支座损伤,IV 场地在同等条件下损伤最严重;中长周期地震波对于隔震结构损伤影响较大;选取了层间位移角、隔震层位移作为抗震性态水平的量化指标,基于计算结果,本文初步给出了两类指标与结构?土体相对刚度比的预测公式,提出了不同类别场地下小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平划分及其破坏程度的物理描述。