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。     

Shaking table test study of high-rise frame-shear wall structure isolated by friction pendulum bearings

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。     

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。     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究北大核心

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

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。     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

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。     

摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻(Ⅰ)——摩擦摆隔震支座的类型与性能

摩擦摆隔震支座是一种具有广泛应用前景的隔震支座,本文回顾总结了20多年来国内外摩擦摆隔震支座的开发和研究进展。依据几何构造的异同将现有的各摩擦摆隔震支座分为曲面式、沟槽式、曲面沟槽混合式摩擦摆隔震支座等3类,分别介绍了各类摩擦摆隔震支座的基本构造、隔震原理、消能机制与回复机制、性能研究和分析模型等。     

自适应多功能摩擦摆支座的性能试验研究

为克服传统摩擦摆减隔震支座的局限性,在前人研究的基础上,研制出一种新型的自适应多功能摩擦摆支座,通过竖向承载力试验、水平性能试验,研究结果显示,支座的屈服力、屈后刚度、等效阻尼会随着逐渐增加的位移而发生变化,与传统的摩擦摆减隔震支座相比具有较好的自适应性。     

滑动摩擦支座隔震桥梁地震反应分析

多滑面摩擦隔震支座具有刚度和阻尼的自适应性,在基于性能的桥梁抗震设计中有广泛的应用前景。本文以某近海连续梁桥为工程背景,考虑海洋软土条件,应用p-y法模拟桩-土相互作用,通过单摩擦摆（FPS）串联组成多滑动面摩擦摆支座（MFPS）模型,并建立全桥有限元模型。采用反应谱法和快速非线性分析（FNA）两种方法,对设置单滑面摩擦摆支座和多滑面摩擦摆支座的两种不同支座的隔震桥梁体系进行地震响应分析。对比分析两种方法得到的两种隔震桥梁结构的支座滞回性能和墩底剪力等的地震响应规律。研究结果表明,两种支座均具有较好的隔震效果,采用MFPS支座的桥墩的地震响应比FPS支座有所减小,且具有较大位移能力。     

摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻(Ⅱ)——摩擦摆隔震结构的性能分析及摩擦摆隔震技术的应用

本文回顾了曲面式、沟槽式及曲面沟槽混合式摩擦摆隔震结构的地震反应分析和试验研究进展,评价了各类摩擦摆隔震支座的减震性能,介绍了摩擦摆隔震技术的工程应用,分析了摩擦摆隔震技术研究与应用中存在的问题,提出了今后迫切需要解决的若干问题。     

摩擦摆支座力学性能探究与其应用分析

当摩擦材料为超高分子聚乙烯时,为探究摩擦摆支座的滞回耗能性能,在MTS试验机上对其进行了拟静力试验,并分析对比了润滑摩擦和干摩擦时支座的耗能能力。试验表明,以超高分子聚乙烯为摩擦材料的摩擦摆支座具有良好的耗能性能,且竖向压力一定的情况下,润滑摩擦试验时,随着加载速率的增加,支座的耗能能力基本不变;干摩擦试验时,随着加载速率的增加,支座的滞回曲线更加饱满。水平加载速率一定的情况下,随着竖向压力的增大,润滑摩擦和干摩擦时支座的滞回曲线均趋于饱满,支座的耗能能力提高。以宕昌县某幼儿园工程为算例,详细介绍了以摩擦摆支座为隔震装置的设计流程,包括隔震模型的建立、支座的布置、地震波的选取、设防烈度下地震响应分析以及罕遇地震下地震响应分析。     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

基于摩擦摆支座的城市高架桥梁隔震性能研究

为研究摩擦摆支座应用于城市连续梁桥隔震的可行性与适用性,以郑州市某联高架连续梁桥为例,开展了摩擦摆支座对城市高架桥的隔震性能研究;基于Midas Civil软件建立了桥梁的三维有限元分析模型,采用非线性时程分析法开展了不同隔震方案的桥梁动力特性和地震作用效应研究,进一步分析了桥梁最优隔震方案的摩擦摆支座设计参数对桥梁隔震效果的影响。研究结果表明:摩擦摆支座可以延长城市高架桥梁在地震作用下主要参振模态的自振周期;采用摩擦摆支座的隔震桥梁能明显降低固定墩的地震作用效应,可使各桥墩的内力和位移分布更为均匀;采用全桥隔震时,摩擦摆支座的隔震效果最佳,摩擦摆支座存在最优的动摩擦系数0. 04,且滑道半径取3m时综合效益最高。     

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。     

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.     

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...     

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。     

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。     

竖向抗拔摩擦摆支座力学性能的试验研究

根据隔震技术在大跨空间结构中的研究现状,针对现有摩擦摆支座不具有抗拔性能的缺点,基于竖向抗拔摩擦摆支座的专利设计,提出一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座,对其进行构造设计,建立相应的理论模型,并对相关力学性能进行试验研究。试验内容包括测定竖向抗拔摩擦摆支座在简谐激励下的滞回性能;考察竖向压力和滑移速度对支座滞回性能的影响;测定竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数以及竖向压力和滑移速度对摩擦系数的影响。试验结果表明,支座具有良好的耗能能力。