摩擦摆隔震支座力学性能试验、数值模拟及工程应用

对摩擦摆隔震支座进行了力学性能试验,试验测定了摩擦摆隔震支座滑动面之间的摩擦系数及支座在荷载激励下的滞回性能;考察了支座滑移速度和竖向压力对摩擦系数、滞回性能的影响。通过有限元软件ANSYS对支座模型进行了数值模拟,其滞回曲线模拟结果和试验结果吻合良好,验证了摩擦摆隔震支座理论模型的合理性。在此基础上,以钢筋混凝土框架结构基础隔震为例,利用SAP2000软件分别建立普通结构和隔震结构两种有限元模型,并进行了罕遇地震作用下的动力时程分析。结果表明,摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果。     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式.采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回...     

模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明：相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。     

摩擦摆支座滑板高低速的摩擦系数对减隔震性能影响分析

摩擦摆支座是根据钟摆的原理,在普通球型支座的基础上研发设计的,具有良好的减隔震性能及震后自复位功能.摩擦摆支座的滑动材料主要为改性聚四氟乙烯滑板与不锈钢板.在不加润滑硅脂的环境下,滑动速度对支座摩擦系数有较大影响.通过在不同试验速度下,测定耐磨材料摩擦系数,通过Midas软件进行桥梁减隔震影响分析.     

复摩擦摆支座应用于楼面隔震研究

对复摩擦摆支座在楼面隔震中的应用进行了研究.在长期使用过程中,隔震楼板的上部质量可能发生较大变化,考虑到摩擦摆支座自身隔震周期与上部质量无关的特性以及复摩擦摆支座相较于单曲面摩擦摆支座更好的隔震效益,因此推荐复摩擦摆支座用作楼面隔震支座.为控制隔震楼板相对结构楼面的位移,可通过提高复摩擦摆支座的摩擦系数或附加粘滞阻尼器而实现.以一工程实例为背景,对比研究粘滞阻尼器+低摩擦系数复摆支座方案与高摩擦系数复摆支座的隔震效果,发现前一方案 可以保证不同加速度水平作用下隔震楼面的隔震效果,是一种较好的隔震配置组合.     

弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座基本构造,基于力学平衡原理进行理论分析,推导支座刚度、周期表达式等。采用有限元软件ABAQUS建立双凹面摩擦摆隔震支座与弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座模型,对不同弹簧刚度、摩擦系数下的支座滞回特性等进行分析。研究结果表明,理论计算得到的弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座滞回曲线与数值模拟结果吻合较好,可知理论公式推导合理;弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座滞回曲线饱满且对称,表明支座具有良好的耗能能力;为保证减隔震效果,应合理设置弹簧刚度、摩擦系数;应选择合适的球铰面尺寸,并使支座保持弹性状态。     

三重摩擦摆支座多阶段隔震性能的控制参数分析

简要介绍了三重摩擦摆支座的基本原理和力-位移关系,分析讨论了三重摩擦摆支座用于数值模拟的串联模型及其数值模拟的实现方法。以一装设三重摩擦摆支座的六层钢筋混凝土框架结构为算例,利用串联模型模拟三重摩擦摆支座,采用SAP2000进行建模分析。选择3组分别对应众值烈度、基本烈度以及罕遇烈度水准的地震动记录,对该隔震结构动力模型进行非线性时程分析,研究了支座滞回特性以及中周期支座和长周期支座的参数变化对隔震结构地震响应的影响。分析结果表明:支座的滑移面半径和滑移面摩擦系数对中周期支座隔震结构响应的影响较大,而滑移面半径和支座位移能力对长周期支座隔震结构响应的影响较大。     

强震下摩擦摆隔震结构动力响应及减震性能研究

为探究摩擦摆支座隔震结构的动力响应及减震性能,以某钢筋混凝土框架结构为研究对象,使用SAP2000软件,分别建立摩擦摆隔震结构和非隔震结构两种模型,通过对比分析结构的位移、塑性铰、能量耗散等指标,为摩擦摆支座在实际工程中的应用提供参考。研究结果表明,摩擦摆隔震支座的应用使结构自振周期增大,使结构在地震动作用下的动力响应和层间剪力减小,有效避免了结构因为层间剪力过大而破坏的现象出现;在相同地震动输入条件下,隔震结构进入塑性产生塑性铰的构件始终少于非隔震结构,隔震结构发生塑性破坏的时间节点滞后于非隔震结构,且隔震结构具有优异的滞回耗能能力,能显著减小地震动输入到结构中的能量;摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果,是一种高效的隔震措施。     

框架隔震结构中摩擦摆支座参数变化对隔震效果研究

以某实际的框架隔震建筑结构为工程背景,以建筑物中使用的摩擦摆支座为研究对象,以摩擦摆隔震支座的滑动曲面半径及滑动摩擦系数为主要参数,系统研究了摩擦摆隔震支座的两个主要参数的变化对该框架建筑结构隔震效果的影响。研究结果表明,摩擦系数越大,框架建筑结构的隔震效果越好,摩擦摆滑动曲面半径的大小对框架建筑结构的隔震效果影响大,其中曲面半径为1m时,隔震效果最好。     

摩擦摆隔震高层框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能,提出了摩擦摆隔震设计的具体流程,并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果,制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果,研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应,对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震,该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性,设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修;结构的楼层响应显著降低,摩擦摆完全起滑后,地震强度越大,摩擦摆的隔震效果越好,且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力;在9度罕遇地震作用下,剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升,对摩擦摆的滞回性能产生影响。     

变频变摩擦的摩擦摆隔震支座力学性能

为了解决传统摩擦摆隔震支座(friction pendulum bearing, FPB)刚度和阻尼特性固定不能适用于更为广泛的地震和结构条件等问题,研发了变频(曲率)变摩擦的摩擦摆隔震支座(friction pendulum bearing with variable frequency and friction, FPB-VFF),其刚度和阻尼特性随支座位移变化。分析了该支座的力学性能和工作原理,推导其理论本构模型和滞回特性参数表达式;建立FPB-VFF精细化有限元模型,得到其等效刚度、等效阻尼比和耗能等,研究滞回特性随支座参数的变化规律;进行了FPB-VFF力学性能试验,验证理论分析和有限元模拟的正确性。研究表明：FPB-VFF的等效刚度和耗能随滑移区2摩擦系数线性增加,等效阻尼比随滑移区2的摩擦系数呈反比例函数关系变化;相比FPB,FPB-VFF的等效刚度、耗能和等效阻尼比增大且最大增幅分别为146%、230%和30%。     

变摩擦系数FPS支座隔震体系效果分析

根据拉格朗日方程建立了变摩擦系数FPS隔震结构体系的运动方程,采用MATLAB语言编制了求解程序。研究与分析结果表明:变摩擦系数的FPS效果使结构地震动力反应变得复杂。其减震效果近似与较高摩擦系数方案的效果相近,与较低摩擦系数方案的减震效果相比劣化明显。当滑块由低摩擦系数区向高摩擦系数区过渡时,体系动力反应存在明显的"鞭梢效应",加速度也有明显的放大现象。建议不采用变系数FPS摩擦摆隔震支座,而采用较低的常摩擦系数方案。     

某采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构设计与分析

对一个采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构工程案例进行详细的设计与分析。对比了结构计算软件中摩擦摆隔震支座单元的计算模型与实际摩擦摆隔震支座试验力学性能的差异以及带来的误差,分析了摩擦摆隔震支座隔震方案与叠层橡胶隔震支座隔震方案在设计中的异同点。结果表明:摩擦摆隔震支座的力学性能在现有结构计算软件中得到很好的模拟;摩擦摆隔震结构能够取得和叠层橡胶隔震支座相近的隔震效果,且不需要经过专门的隔震层刚心调整就能有效抑制隔震层的地震扭转反应;摩擦摆隔震支座的连接螺栓不会承受竖向拉力的作用,相关预埋件长度可以大大缩短,降低施工难度。     

基于改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座的层间隔震结构地震响应分析

基于三重摩擦摆隔震支座的优缺点以及SMA螺旋弹簧的特性,提出了一种改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座,介绍了改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座的构造特点和力学原理,并以大底盘单塔结构为例,利用SAP 2000软件分别建立了普通抗震结构、层间隔震结构两种结构模型,通过在罕遇地震作用下的动力时程分析,得出两种结构在地震作用下的不同响应(层间位移、楼层加速度、层间剪力、能量耗散),并对结果进行了对比分析。结果表明,改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果。本文为这类工程的实际应用提出了可行性建议。     

摩擦摆隔震支座固体润滑技术综述

随着隔震技术的发展,摩擦摆隔震支座因其隔震周期与上部结构质量无关且具备自复位能力等独特优势受到日益广泛的关注。保证摩擦面稳定的低动摩擦系数是推动其工程应用的关键。目前,美国摩擦摆产品多使用航空航天领域的固体润滑技术,而此类技术应用于摩擦摆的相关研究在我国尚处于起步阶段,亟需进行系统梳理和思考。文章简述滑动摩擦界面固体润滑的基本原理,梳理国内外摩擦摆和其他滑动型支座固体润滑技术的研发情况,对金属和金属氧化物、过渡金属二硫化物、工程塑料这三大类常用固体润滑材料的优势和不足进行分析,总结滑动型支座常用的摩擦系数测试方法,讨论速度、压强、温度和表面粗糙度等因素对试验结果的影响,对比摩擦摆隔震支座固体润滑的理想工作阈值和国家现行标准的技术要求,最后给出对固体润滑层技术未来研究方向与研究内容的相关建议。     

摩擦摆隔震混凝土框架结构的有限元分析

对一幢四层摩擦摆隔震框架结构进行ABAQUS有限元模拟,将隔震前后结构的动力反应进行了对比,分析结果表明:摩擦摆隔震支座可有效降低上部结构的地震响应,具有使上部结构整体平动的良好隔震性能。     

抗拔摩擦摆支座竖向刚度的确定及其在网壳中的隔震分析

传统的摩擦摆支座不能抵抗竖向拉力,成为其在空间结构工程中应用的瓶颈。基于一种新型竖向抗拔摩擦摆支座,针对在实际应用中会产生的问题进行构造上的改进和完善,使其具有良好的抗拔能力。鉴于目前还没有具体方法考虑该支座抗拔刚度对结构的贡献,为此,建立支座受力简化模型,依据结构力学原理提出竖向抗拔刚度计算式以确定其抗拔刚度值。为研究该支座在网壳结构中的隔震性能,将其应用于单层网壳中进行考虑竖向抗拔刚度的地震波时程分析,并与未加隔震支座的网壳结构分析结果对比。算例分析表明:该类型抗拔摩擦摆支座在罕遇地震作用下具有良好的三维隔震能力。     

摩擦摆隔震支座在网壳结构中多尺度模型分析

为研究摩擦摆隔震支座在网壳中的隔震特性和局部受力特性,利用ABAQUS有限元软件建立摩擦摆支座的实体模型,并将其应用于网壳结构,建立网壳结构的多尺度模型,并对该多尺度模型进行动力分析。分析表明摩擦摆隔震支座的加入可以有效的延长结构低阶振型的自振周期,而对结构的高阶振型的自振周期影响很小。通过对网壳结构输入单向地震波,探讨不同地震动输入强度下摩擦摆支座水平刚度变化对网壳节点加速度峰值、节点位移峰值及杆件轴力的影响。研究表明随着地震强度增加,摩擦摆隔震支座的水平刚度变化对网壳隔震响应影响越显著。在强震作用下摩擦摆隔震支座发生局部破坏,但不影响整体模型的多尺度分析。     

抗拔型三重摩擦摆隔震支座数值模拟研究

考虑隔震技术在大跨空间结构中研究的现状,针对传统三重摩擦摆隔震支座不具备竖向抗拔能力的缺点,基于抗拔型三重摩擦摆隔震支座的专利设计,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行构造设计。采用ABAQUS有限元分析软件,对抗拔型三重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,该支座的滞回特性与自回复特性。研究结果表明:(1)抗拔型三重摩擦摆隔震支座同样具有较宽的隔震范围和良好的自适应性,以及良好的耗能能力。(2)抗拔型三重摩擦摆隔震支座弹簧的设置并不会显著地影响支座的水平特性。(3)由于弹簧的设置,抗拔型三重摩擦摆隔震支座的残余位移较传统三重摩擦摆隔震支座有所减小。(4)随着竖向荷载的增大,刚度增大的同时,滞回环的面积有所增大,因此耗能也同样增大。(5)弹簧的初始张力对抗拔型三重摩擦摆隔震支座的滞回特性并没有很大的影响。     

帕德玛大桥摩擦摆隔震支座型式试验及性能分析

摩擦摆隔震支座具有广泛应用前景。孟加拉国帕德玛桥梁工程为“一带一路”重要交通工程，采用了摩擦摆隔震支座，以保障桥梁安全。本文首先介绍了试验采用的大吨位多功能试验机及其主要技术参数，其次采用欧洲EN 15129:2009标准规定对帕德玛大桥采用的两种摩擦摆隔震支座进行了型式试验和性能评估分析。结果表明：摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满，耗能效果良好，具有稳定的力学性能及较好的隔震性能，满足设计要求。试验结果为该隔震支座的实际工程应用提供了试验验证，确保了该工程的抗震安全性。