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。     

串联隔震体系静力性能有限元分析

采用ANSYS对叠层橡胶支座及与悬臂柱构成的串联隔震体系进行模拟分析,介绍了建立模型的过程,给出了参数设置。对叠层橡胶支座基本力学性能模拟,得到在受压时和受压剪时橡胶与钢板的等效应力分布;对悬臂柱不同截面尺寸两种串联体系进行压剪模拟,得到荷载与位移曲线。通过对比分析叠层橡胶支座基本力学性能结果,得到橡胶支座压缩与剪切最大应力点与破坏机理;通过对串联体系的模拟分析,得出了悬臂柱刚度不同时串联体系水平恢复力的变化情况和造成这种变化的原因。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

考虑初始位移的串联隔震体系竖向承载力有限元分析

在实际工程中,叠层橡胶支座由于某些原因会产生初始变形,这对结构的安全性产生影响。该文以方形叠层橡胶支座和钢筋混凝土(RC)柱组成的串联隔震体系为研究对象,用有限元软件MARC对有初始位移的串联隔震体系进行偏压的分析。对比4种模型3种工况下水平变形和竖向变形,根据变形特点给出4种模型3种工况的竖向极限承载力,分析叠层橡胶支座与RC柱的线刚度比和初始位移对串联隔震体系竖向承载力的影响。     

串联型变刚度叠层橡胶隔震支座试验研究

叠层橡胶支座是隔震技术关键因素之一,研发了一种串联型变刚度叠层橡胶隔震支座。该串联型变刚度叠层橡胶隔震支座初始阶段提供较小水平刚度(小于串联型变刚度叠层橡胶隔震支座中较小直径支座的刚度)。当水平剪切变形达到设计目标时,通过限位装置提供第二刚度,使其出现较大变形时具有较大的大水平刚度。通过足尺支座试验,研究了该串联型变刚度支座的竖向性能、水平性能和滞回性能,并给出了该串联型变刚度支座的计算模型。     

双向水平地震作用下串联隔震结构的振动控制

国内外许多实际的隔震工程都采用橡胶隔震支座与地下室悬臂柱串联的隔震方案。本文针对串联隔震结构提出了振动控制策略,即在隔震层附设一定数量的减震控制装置,同时,本文建立了在双向水平地震作用下串联隔震结构振动控制体系的运动方程,并考虑了串联隔震结构底部柔性对底部刚度的影响,应用序列最优控制算法对算例进行隔震控制。结果表明,这种隔震控制体系可以有效地减小结构在双向水平地震作用下的地震反应,对隔震层的位移响应降低了至少63.1%,有效地提高了串联隔震结构体系的整体稳定。     

不同类型串联隔震体系竖向承载力对比分析

取叠层橡胶支座隔震结构与地下室柱所组成的串联隔震结构为研究对象,对比独立柱串联隔震和独立柱加柱顶连梁串联隔震体系竖向承载性能。采用ABAQUS非线性有限元软件建立1个独立柱串联隔震体系和3种具有不同梁柱线刚度比的独立柱加连梁的串联隔震体系有限元模型,并在不同初始水平力作用下进行竖向单调加载试验的数值模拟。定量对比分析串联隔震体系竖向承载力-位移曲线随不同水平力初始值、不同梁柱线刚度比的变化规律,分析这两个主要因素对串联隔震体系竖向极限承载力及结构体系破坏形式的影响。结果表明:在地下室柱顶增加连梁,串联隔震体系竖向承载力的极限值与梁柱线刚度比值成正比,而与水平力初始值的大小成反比,但竖向承载力极限值增加的幅度与水平力初始值的大小成正比,但竖向承载力极限值增加的幅度与水平力初始值的大小成正比。     

串联隔震结构震损倒塌动态模型分析

建立了叠层橡胶隔震垫与地下室悬臂RC柱组成的串联隔震结构的有限元分析模型,编写了利用MSC.MARC软件生死单元二次开发UACTIVE程序来模拟隔震垫的失效,并分析了远场多维地震激励下不同长细比悬臂柱柱顶加连梁对结构响应的影响,同时分析了设置阻尼器控制隔震层位移后的结构地震响应。分析表明:通过生死单元二次开发程序可以有效地模拟隔震垫破坏;实际工程中常规的长细比悬臂柱柱顶加连梁对串联隔震结构的响应影响微小;隔震层增设非线性阻尼器可以控制位移且不影响多遇地震下的隔震效果。     

隔震建筑用叠层橡胶支座大变形模型及竖向压应力取值

提出了一种隔震建筑用叠层橡胶支座的大变形模型。该模型同时考虑了叠层橡胶支座的大变形特性、变形过程中的Ｐ－βδ效应和支座端面转动约束对变形的影响,具有较好的计算精度和效率。还进一步探讨了叠层橡胶支座的合理竖向压应力取值问题。结果表明,在现有基础上适当提高取值是完全可行的。     

考虑P-Δ效应的柱顶隔震结构的动力响应分析

针对柱顶隔震结构,提出考虑P-Δ效应动力响应的免迭代计算方法,分析P-Δ效应对柱顶隔震结构响应的影响。由于隔震层处的层间位移较大,当受到的轴力较大时,二阶效应不容忽视。隔震支座采用双线性模型,构造水平力偶代替结构轴向力形成的弯矩,并在隔震层处做了特殊处理,使得隔震层处的附加弯矩能够传递到下部结构。这样在计算结构的非线性响应时,相当于结构的刚度矩阵在原来的基础上增加了一个几何刚度矩阵,从而避免了迭代运算。研究表明:某些情况下P-Δ效应会显著增大下部结构的响应。     

简支梁桥采用减隔震装置后抗震性能分析

介绍了桥梁隔震的概念。以3座不同柱高的城市高架桥工程为实例,分别采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座隔震装置。研究采用隔震装置的高架桥地震反应计算表明:随着立柱的高度增加,结构的柔性增大,桥梁的抗震性能也越好;采用铅芯橡胶支座后,桥梁地震响应明显降低,桥梁抗震性能显著增强。以上海软土地基为基准刚度,研究了基础弹性刚度对采用铅芯橡胶支座桥梁地震响应的影响。结果表明:当基础弹性刚度小于基准值的5倍时,应考虑基础的弹性影响;当刚度大于基准值的5倍时,其影响甚微。     

有初始转角的橡胶隔震支座水平力学性能研究

在采用橡胶隔震支座的大跨空间结构中,其支座的上下表面常常存在相对转角,针对这一问题,从两个方向对上下表面有相对转角的橡胶隔震支座的水平力学性能进行了研究.在转角为0.005 rad、0.01 rad和0.015 rad的情况下,对橡胶隔震支座进行了水平力学性能试验,试验结果表明,支座水平刚度会随转角的增大而减小.然后,运用ABAQUS软件进行了有限元模拟分析,对试验结果和有限元结果进行对比验证.最后,通过ABAQUS软件对有初始转角的橡胶隔震支座进行了参数分析.结果 表明:有限元分析得到的水平刚度与试验结果吻合较好,为参数分析提供了依据;有初始转角的隔震支座的水平刚度与加载方向有关;初始转角对叠层橡胶支座水平刚度的影响会随着初始转角、支座第一形状系数和支座第二形状系数的增大而增大;根据有限元结果给出了有初始转角的橡胶隔震支座的水平刚度计算公式,可供设计人员参考使用.     

高烈度区某大型火车站高位隔震方案分析

某大型火车站位于高烈度区,结构方案采用橡胶隔震支座高位隔震体系。采用时程分析对此模型进行了两个水平向地震作用的分析,讨论了高位隔震结构在多遇地震和罕遇地震下的隔震性能。主要得出如下结论:高位隔震结构的位移角、柱顶剪力明显低于非隔震结构,表现出良好的减震效果;隔震支座配合设置粘滞阻尼器比单独采用天然橡胶隔振支座,更能有效减少地震力;增强高位隔震结构底部的嵌固和下部结构刚度,能显著增强隔震效果,减少悬臂柱的鞭稍效应。     

加层橡胶支座隔震技术的应用

介绍了叠层钢板橡胶支座的类型、优点、基本构造及特征，分析了其隔震的基本原理，研究了考虑等效刚度和下部结构刚度的支座边界条件的计算，为夹层橡胶支座隔震技术的广泛应用奠定了基础。     

考虑二阶效应串联隔震体系的塑性变形分析

随着基础隔震技术研究的不断深入及其在我国汶川大地震中表现出的良好的减震效果,使得隔震技术在我国地震区灾后重建工程和邻近地区的新建工程中大面积开展应用。然而,实际的工程中,有关隔震结构体系仍有不少特殊的力学问题有待解决,特别是橡胶隔震支座与地下室悬臂柱组成的串联体系的塑性变形和稳定性问题,一直是工程界关注的焦点。针对这一问题,本文对不同轴力作用下串联体系塑性变形能力问题进行了研究。在考虑弯剪二阶效应下对串联隔震体系变形特性进行了理论推导,同时应用有限元分析软件ANSYS对给定的串联隔震体系在8种荷载工况下进行了模拟分析。结果表明,弯剪二阶效应对于串联隔震体系的内力影响是明显的,随着轴力的增加,串联隔震体系塑性变形能力下降。     

有初始转角的隔震支座在不同方向地震水平力作用下的力学性能研究

为了研究大跨度空间结构支座转动问题,对上下表面发生相对转动的橡胶隔震支座水平力学性能进行了研究。运用有限元分析软件ABAQUS研究了支座无初始转角时的水平性能,分析了有初始转角橡胶隔震支座在X向、Y向和45°向水平位移加载下的支座水平力学性能,得出了水平刚度与剪应变之间的变化关系。结果表明:X向和45°向水平位移加载时,在小剪应变下,支座水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角的增大而增大;Y向水平位移加载下,在大剪应变之前,水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角增大而增大;与无初始转角相比,有初始转角的橡胶隔震支座水平刚度较大,使得其在地震设防烈度下的隔震效果较差;在工程受力范围内,3种不同水平位移加载下,竖向压力的变化对水平刚度的影响较小。     

塔型隔震结构多质点体系计算模型及振动台试验研究

本文提出了考虑橡胶隔震支座剪切变形状态下竖向刚度特性的转动刚度计算式,并应用到大高宽比塔型隔震结构体系多质点体系计算模型分析隔震结构的地震反应。本研究同时还完成了5层塔型钢结构隔震模型结构的振动台试验,模型结构加速度反应、层间剪力和隔震层恢复力特性等试验结果与采用多质点体系计算模型解析结果一致,表明多质点体系计算模型可以有效地用于分析塔型隔震结构地震反应。     

基于试验的串联隔震体系加固方法分析

以串联隔震体系的振动台试验为背景,分析了串联隔震体系模型的破坏现象。根据其破坏的特点,用有限元软件MARC对采用外包钢法加固的串联隔震体系进行了分析,研究了5种加固方案下串联隔震体系及钢筋混凝土柱的荷载和位移关系,探讨了加固长度对钢筋混凝土柱破坏时铅芯橡胶支座变形的影响。研究表明:串联隔震体系试验模型的破坏主要表现为钢筋混凝土柱的混凝土开裂和钢筋的屈服。采用外包钢法加固能明显提高串联隔震体系的抗震能力,随着加固长度的增大,抗震能力逐渐提高。当以铅芯橡胶支座的极限变形和钢筋混凝土柱的屈服为设计目标时,串联隔震体系的加固长度存在最优值,本试验模型的合理加固长度比约为0.2。     

考虑竖向地震作用新型三维隔震结构时程分析

竖向地震作用会引起额外的水平力并增大结构的P-Δ效应。本文将竖向地震作用引入到水平运动微分方程中,采用MATLAB求解非线性微分方程,研究了竖向地震作用对水平地震反应谱的影响,并在此基础上考虑竖向位移对新型三维隔震墩水平刚度的影响,进行了新型三维隔震结构非线性时程分析。研究结果表明:考虑竖向地震作用引起的P-Δ效应后,结构自振周期随时间变化,加速度反应谱值减小而位移反应谱值增大;结构高度越小、结构周期越长,竖向地震作用对反应谱的影响越大;考虑竖向地震作用及竖向位移对弹簧水平刚度的影响后,新型三维隔震结构加速度反应减小、位移反应增大,新型三维隔震结构减震系数可以控制在0.5以下。     

隔震橡胶支座刚度退化及其对地震响应的影响

对天然橡胶支座进行了100%水平变形剪切试验、300%以上水平变形极限剪切试验和极限变形后100%水平变形剪切试验,得出橡胶刚度退化与最大剪应变的关系。对基础隔震结构输入不同峰值地震波,得到不同等级地震作用下天然橡胶支座和铅芯橡胶支座的退化后刚度。计算罕遇地震下顶层加速度、上部结构基底剪力和隔震层位移,研究支座刚度退化对地震响应的影响。结果表明,大变形引起支座刚度退化,顶层加速度和上部结构基底剪力有所减小,但隔震层位移显著增加。