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。     

基于摩擦材料的摩擦摆隔震耗能试验探究

根据摩擦摆支座的基本构成和隔震原理,通过控制试验变量法探究了采用聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯两种不同摩擦材料时的支座力学性能,考察了竖向压力和滑移加载速率对摩擦摆支座滞回特性性能的影响规律。结果表明:摩擦摆支座的滞回特性是由摩擦材料、竖向压力和滑移速率等因素共同影响的,且与润滑摩擦相比,干摩擦时的水平滞回曲线更加饱满,耗能能力更好。     

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。     

新型摩擦滑移隔震支座试验研究

文中采用新型固体摩擦滑移材料,即二硫化钼固体润滑剂,研发了一种新型摩擦滑移隔震支座,并采用MTS电液伺服试验系统,对文中提出的新型摩擦滑移隔震支座进行了试验研究,在实验室测定了隔震支座的摩擦系数,得到不同竖向荷载作用下的隔震层摩擦系数。确定了滑移层的滞回曲线,并拟合了摩擦系数和竖向压应力之间的函数方程。测试了隔震支座的摩擦滑移系数及多种工况下的隔震性能,建立了相应的力学分析和计算模型,研究结果表明,二硫化钼固体润滑剂的摩擦系数较小,摩擦性能稳定,采用二硫化钼固体润滑剂研发的摩擦滑移隔震装置,构造和力学计算模型均简单,性能可靠,组合方便,便于应用,是一种较好的隔震装置。     

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。     

新型复合滑移隔震装置的试验研究

为了综合叠层钢板橡胶支座和摩擦滑移支座的优点,并将机械领域摩擦性能良好的二硫化钨(WS2)材料用于摩擦滑板,设计研制了一种新型滑移隔震装置;试验测定了喷涂二硫化钨钢板之间的摩擦系数及支座在简谐激励下的滞回性能。结果表明,新型复合滑移隔震装置性能稳定,正压应力和位移幅值是影响摩擦系数的主要因素,加载频率与摩擦系数无关。     

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。     

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。     

摩擦摆支座的摩擦系数影响因素分析

摩擦摆式隔震支座(Friction Pendulum Bearing,简称FPB支座)利用其特有的圆弧面延长结构的振动周期,通过不锈钢板和聚四氟烯板之间摩擦耗散能量,因此摩擦系数对FPB支座性能的正常发挥有重要影响,而支座压应力、摩擦滑移速度、环境温度及摩擦面润滑剂的使用等都对聚四氟乙烯板-不锈钢接触面的摩擦系数有明显影响。本文对FPB支座摩擦副进行试验,主要考虑多组摩擦副的摩擦系数在不同压应力、不同滑移速度下,摩擦系数的变化规律,进一步通过理论分析推出支座摩擦系数的变化对摩擦摆支座隔震性能的影响。     

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。     

大跨空间结构隔震技术的现状与新进展

为促进大跨空间结构隔震技术的发展,论文系统分析了目前常用的几类隔震支座,针对其中的一些问题,提出了一种新的三维复合隔震支座.该新型支座水平采用摩擦滑移隔震,竖向采用螺旋弹簧或碟形弹簧隔震.基于概念模型,设计制作了两类支座,对其动力特性进行了振动台试验研究,并依据试验结果建立了其理论模型.最后,对复合隔震支座在大跨空间结构中的隔震性能进行了模拟分析,结果表明该支座具有优良的隔震性能,能有效解决大跨空间结构的三维复合隔震问题.     

具有软着陆保护的橡胶支座隔震体系

文中提出了一种由承载橡胶支座和一端具有摩擦滑动面的后备支座组成的并联隔震体系,用以防止承载橡胶支座发生大变形失稳破坏,充分发挥其剪切变形能力,从而达到既经济又安全的抗震设计。体系中的后备支座可以在上部结构施工完毕以后再进行安装,并应保证其在正常使用状态下基本不受竖向荷载。当发生强烈地震时,随着承载支座发生较大的水平向变形并出现下沉的倾向,轴压力逐渐从承载支座转移到后备支座上,后备支座的摩擦面出现滑动,由于滑动面上的力是随轴压力增大而增大的,因此后备支座实际上是一个具有变摩擦滑动特性的软着陆机构,它不仅保护了承载支座免遭大变形失稳破坏,同时还能提供摩擦阻尼,在限制隔震层的位移方面发挥良好的作用。文中对这种并联隔震体系的力学特性和分析计算方法进行了详细的讨论,并用实例展示了在发生水平向大变形条件下,轴压力从承载支座向后备支座上转移的情况。     

摩擦摆式抗震支座在现浇连续梁中的应用

以一座四跨连续梁桥为研究对象,结合土木工程通用有限元分析软件Midas分析地震力作用下桥梁使用普通盆式支座和摩擦摆支座对桥梁下部结构受力性能的影响,分析结果表明在地震力作用下,装有FPB隔震支座桥梁比非隔震支座桥梁具有良好的隔震效果。     

地震作用下双曲面球型减隔震支座在铁路#br# 简支梁桥中的动力行为

为研究双曲面球型减隔震支座在铁路简支梁桥中的减隔震效果,采用ABAQUS软件建立8m及25m墩高的铁路简支梁桥有限元模型,进行地震荷载作用下的非线性动力时程分析。通过对有限元计算结果与振动台模型试验结果进行对比,验证有限元模型的正确性。与普通球型钢支座作对比,分析地震作用下双曲面球型减隔震支座的水平滑动位移、竖向位移和竖向荷载变化等动力行为。研究得到双曲面球型减隔震支座在不同地震烈度下的水平滑动位移范围。研究结果表明：相对于普通支座,双曲面球型减隔震支座在大多数情况下,能明显减小顺桥向地震作用造成的简支梁固定端与滑动端之间的竖向相对位移,对轨道结构造成的不利影响更小;双曲面球型支座能显著降低横桥向地震作用造成的支座竖向荷载变化幅值,并有效避免支座滑动面发生脱离碰撞。     

旋转型三维隔震体系试验研究及动力响应分析

为深入研究旋转型三维隔震体系的受力性能及隔震效果,建立了其考虑摩擦因素的竖向刚度计算方法,提出了包含初始承载力的竖向滞回模型,并给出了关键参数的计算式。对隔震支座模型进行了竖向压缩拟静力试验,在此基础上进行了力学参数相关性分析,得到摩擦系数与倾斜角度对竖向性能的影响规律。最后对使用该隔震体系的核反应堆厂房进行水平及竖向地震荷载作用下的动力响应分析,比较结构在基准地震、安全停堆地震、超设计基准地震下的地震响应,发现隔震层及上部各楼层加速度响应均有显著减小。进一步得到了厂房内部关键节点的加速度反应谱,发现该体系可将核反应堆厂房隔震结构设计地震动峰值加速度由0.3g提升至0.6g,可有效地增加核电厂选址范围。     

柔性储罐底环梁基础隔震地震动响应分析

基于储罐柔性罐底以及环梁基础结构的特点,提出了一种采用扇环铅芯叠层橡胶水平隔震支座与筒式黏弹性阻尼器碟形弹簧竖向隔震支座串连而成的三维隔震支座,将其与环梁基础联结构成隔震环梁基础。以50000m3储罐为例,忽略储罐罐壁的质量,将采用隔震环梁基础的大型储罐中的液体质量简化成不考虑质点间耦合作用的三质点体系模型,在水平地震动激励下对其进行水平隔震地震动响应分析,给出了简化模型地震动响应变化规律;考虑储罐罐壁与液体耦合作用,将采用隔震环梁基础的大型储罐中的液体质量简化成单质点体系模型,在竖向地震动激励下对其进行竖向隔震地震动响应分析,同样给出了简化模型的地震动响应变化规律。     

Parametric finite element investigation of the critical load capacity of elastomeric strip bearings

Elastomeric bearings are used in non-seismic bridge applications and for seismic isolation of structures. These bearings consist of a number of elastomeric (rubber) layers bonded to intermediate steel shim plates. For seismic isolation, the total thickness of rubber provides a low horizontal stiffness, whereas the close spacing of the intermediate shim plates provides a high vertical stiffness, relative to the horizontal, for a given bonded rubber area and shear modulus. During earthquake ground shaking, large lateral displacements will develop across the isolation interface and the individual bearings. The design of elastomeric bearings for seismic isolation requires that the stability of the individual bearings be demonstrated at the maximum bearing displacement. A component of the stability assessment is the determination of the critical load of the bearing at a given lateral displacement. Currently, the critical load is estimated using an approach whereby a ratio, that of the overlapping area between the top and bottom bearing endplates to the bonded rubber area, is used to reduce the critical load at zero lateral displacement, referred to herein as the overlapping area method. This study verifies the finite element method for predicting critical loads in elastomeric bearings, and uses the finite element method to investigate the dependency of the critical load on the bearing geometry. The results of the parametric study were also used to evaluate the predictive capabilities of the overlapping area procedure.     

浮放石质文物减隔震保护研究

某些处于高烈度区的石质文物浮放于地面,面临安全隐患,本文基于减隔震理论对提高石质文物抗震性能进行了研究。首先采用规范公式确定了某佛像的隔震系数和支座刚度范围,进而采用时程分析程序对初选的减隔震支座进行了数值仿真验证,研究了高宽比为5.6的石佛像采用支座减隔震的可行性问题,获得以下基本结论:处于高烈度区浮放于地面的具有较大高宽比的石佛像文物的抗震性能存有隐患;科学合理的减隔震支座能对佛像等结构物取得显著的减震效果。文中石佛像减隔震设计及验证分析思路对类似工程有借鉴意义。     

地震作用下不同混凝土柱端叠层橡胶支座的应力和变形分析

近年来,在基础隔震中将叠层橡胶垫放置于地下室混凝土柱顶的串联隔震形式被大量应用,这样有利于地下空间利用,然而,在地震作用下,叠层橡胶支座既承受竖向重力荷载又承受水平和竖向地震作用,同时还受下端约束的影响,在这种情况下,叠层橡胶支座的受力与变形必然受到影响。针对这个问题,对三种串联隔震体系进行了有限元模拟。对比计算结果表明,混凝土柱刚度对于叠层橡胶支座的应力和变形影响较为明显,刚度越大叠层橡胶支座下端转角越小,达到塑性应力时位移越大。     

摩擦承压比对并联复合隔震体系隔震性能的影响研究

为了解摩擦承压比对并联复合隔震体系隔震性能的影响,采用时程分析方法开展不同地震动加速度峰值下不同摩擦承压比的并联复合隔震体系地震响应的数值模拟研究,深入分析并讨论并联复合隔震体系的不同摩擦承压比对基底最大剪力系数、基底最大位移、隔震层滞回特性以及并联复合隔震体系非线性性能的影响。计算和分析结果表明:摩擦承压比是影响并联复合隔震体系隔震性能的关键因素,可根据摩擦承压比的不同,设计出不同参数的并联复合隔震体系,在合理的摩擦承压比取值范围内并联复合隔震体系具有良好的隔震性能。此外,并联复合隔震体系的基底最大剪力系数与摩擦承压比之间存在一个最优关系,并联复合隔震体系的非线性特性与摩擦承压比的大小及地震动加速度峰值大小有关。