近场橡胶支座隔震设计探讨

近断层地震动具有不同于远场地震动的动力特征.按建筑抗震设计规范设计了非隔震与橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层与远场地震动记录进行分析.近断层地震动作用下,隔震后结构的最大层间剪力与最大层间位移均减小为非隔震结构的0.3倍左右,隔震对近断层地震动响应具有良好的减震效果;与远场地震动作用相比,近断层地震动作用下的上部结构最大层间位移角增大3～5倍,隔震层最大位移增大15倍,须对隔震层采取防止侧移失稳措施.现行规范以近场影响系数考虑近场橡胶支座隔震设计,尚需随近断层地震动研究新成果进一步完善.     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

 在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

基于组合支座的大底盘双塔隔震结构性能研究

采用弹性时程方法,对采用带铅芯的橡胶隔震支座与滑动隔震支座的组合布置形式的大底盘双塔高层隔震结构进行地震响应分析。主要包括结构的减震系数、结构层间位移曲线等。带铅芯的隔震支座主要布置在框架柱下,滑动隔震支座与橡胶隔震支座主要联合布置于中心核心筒下。结果表明,在多遇地震作用下,带铅芯的隔震支座可以提供有效的结构刚度及阻尼,滑动隔震支座可以最大程度的将地震能量转化为动能,高效率的调节隔震层的整体刚度。通过支座的合理布置形式,隔震结构的地震作用显著降低,水平减震效果非常明显。层间位移主要集中在隔震层,上部结构呈现为明显的整体平动。     

近断层地震对基础隔震结构动力响应

运用SAP 2000有限元分析软件,采用非线性时程分析法对水平和竖向地震耦合作用下的框架进行了动力分析。探讨了铅芯橡胶支座(LRB)用于基础隔震体系时参数的优选问题,同时也对在近断层地震作用下基础隔震结构和未隔震结构动力响应进行了分析和对比。计算结果表明:对于低频地震波而言,随着隔震周期的增大,梁端最大层间位移越小,隔震效果越好;对于高频地震波而言,梁端最大层间位移和节点最大加速度随着隔震周期的增大呈上升趋势。框架层间位移随着屈服刚度比的增大总体呈下降趋势,结构的地震响应降低,并且屈服刚度比对框架结构梁端最大层间位移的影响大于隔震周期对其的影响。节点最大加速度随着屈服刚度比变化的规律,在不同地震波的作用下会有差异,不同之处往往在结构的中部以上。     

基础隔震结构在近断层水平-竖向地震联合作用下的动力响应

隔震结构在中远场常规地震作用下表现良好,而在近断层地震作用下,其隔震效果可能有所降低。一方面,由于近断层地震水平分量富含长周期速度脉冲,隔震支座可能发生较大水平位移;另一方面,近断层地震竖向加速度峰值较大,会导致隔震支座竖向力发生较大变化,使其水平刚度有所降低,严重时发生屈曲失稳,或者受拉破坏。考虑到隔震结构是由隔震支座和上部结构串联而成,隔震支座的动力响应和破坏模式将直接影响上部结构动力响应,所以,本文在ABAQUS软件中建立隔震结构非线性有限元模型,使用Koh-Kelly力学模型考虑隔震支座水平和竖向力学性能的相互耦合,进行隔震结构在近断层水平–竖向地震联合作用下的动力响应分析,评估不同隔震层参数对隔震结构动力响应的影响。     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。     

橡胶支座基础隔震结构隔震层软限位加固方法研究

按现行建筑抗震规范建造的橡胶支座基础隔震结构遭遇远场大震或近断层脉冲型地震作用时,隔震层可能发生过大变形,造成隔震支座侧倾失稳。本文提出隔震层软限位加固方案,给出软限位加固主要参数预留距离、限位刚度、阻尼的设计与优化方法。取一栋橡胶支座基础隔震钢筋混凝土框架结构,以近断层地震动作用为例,对软限位加固参数的设计与优化进行了介绍。优化软限位加固设计参数,可获得隔震层限位与上部结构减震的良好效果。同时给出了两种适用的软限位加固装置。     

高阻尼厚层橡胶支座力学性能试验研究

为有效延长基础隔震结构的竖向自振周期、实现隔震支座耗能能力,论文设计了一种构造简单的高阻尼厚层橡胶支座,对其进行基本力学性能试验、竖向压缩相关性和水平剪切相关性试验,分析竖向压力、预压力、剪应变、加载频率等参数对支座力学性能的影响规律,结果表明：高阻尼厚层橡胶支座的滞回曲线饱满,耗能效果较好;竖向压力和预压力的变化对支座的竖向刚度影响很大,剪应变和竖向压力的变化对支座水平等效刚度有不同程度的影响,加载频率对支座水平向和竖向力学性能均有影响;高阻尼厚层橡胶支座水平力学性能的试验值与按规范计算的理论值较接近,竖向刚度试验值和理论值相差较大,因此提出了支座竖向刚度公式的修正,并基于试验结果验证其准确性。     

一种常阻尼隔震支座开发及在建筑结构的应用研究

为解决在大变形条件下,隔震支座阻尼力不足的问题,提出一种常阻尼隔震支座。该支座的特征是在传统橡胶支座基础上,竖向并联金属摩擦阻尼器,将二者组合成橡胶与摩擦阻尼器组合而成的新型隔震支座,实现支座在大变形下等效阻尼比不明显降低。通过阻尼器的性能试验,验证了本文构造的可行性;基于SAP2000软件对某隔震框架结构进行分析,对比研究铅芯橡胶支座、常阻尼隔震支座的隔震效果,结果表明常阻尼支座在控制隔震层位移方面具有更大的优势。     

多维地震激励下串联隔震结构的倒塌模拟

近断层地震作用下,隔震结构会受到多维地震激励.本文运用基于MSC.MARC的钢筋混凝土弹塑性分析程序TUHFIBER,采用弹簧阻尼单元模拟隔震支座,建立了结构三维有限元模型.分别对水平单向、水平双向和三向地震作用下串联隔震结构的倒塌过程进行了模拟.通过改变结构各层的抗侧刚度,得到了串联隔震结构的3种倒塌模式.结果表明,多维地震作用下结构隔震层更容易发生位移超限破坏.     

某8度区近断层甲类建筑基础隔震分析与设计北大核心CSCD

以8度区西安市疾病预防控制中心病毒实验楼为研究对象,分析了近断层地震动特性及其对隔震结构的不利影响,确定了甲类建筑基础隔震设计所需的地震动参数和抗震性能目标。对比了橡胶隔震支座、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座三种隔震层设计方案,研究了黏滞阻尼器和滑板隔震支座对隔震层的影响。表明黏滞阻尼器能够有效控制隔震层在大震作用下的位移。根据分析结果选择橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座的隔震方案。上部结构分别采用直接分析法和传统水平向减震系数法相融合的设计方法进行设计,通过楼层剪力对比验证该方法的合理性。采用PERFORM 3D软件对隔震结构进行了大震作用下的抗震性能评估,结果表明结构完全满足罕遇地震可修、极罕遇地震不倒的性能目标。     

斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果

基于铅芯橡胶隔震支座的力学性能特点,研发了斜向滑动摩擦三维隔震装置。基于该三维隔震装置的组成构造和变形机理,提出了其竖向荷载-位移滞回模型,给出了各阶段支座刚度的计算公式。对三维隔震装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明：三维隔震支座在竖向具有变刚度特性,其滞回曲线饱满,不同加载速率和位移幅值下力学性能稳定;提出的滞回模型与试验结果基本吻合,可以有效模拟三维隔震装置的竖向滞回性能。通过三维隔震结构缩尺模型的振动台试验,认为三维隔震装置与传统水平隔震支座具有相当的水平隔震效果,同时可控制结构的竖向响应。     

橡胶隔震支座基本力学性能试验研究

为了满足三维隔震装置对承载元件的需要,设计了一种新型的厚层橡胶隔震支座,该支座的最大特点是能够同时发生水平和竖向变形。通过水平剪切和竖向压缩试验研究了橡胶隔震支座在不同振幅、不同频率组合下的力学性能。试验研究表明,厚层橡胶隔震支座在水平方向的基本力学性能是良好、稳定的,在竖向具有大变形能力。     

某住院楼基础组合隔震体系隔震性能分析

组合隔震技术的应用,能充分发挥不同类型隔震支座的优势,达到最佳的隔震效果。对此,以上海某医院一住院楼为研究对象,将天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、弹性滑板支座组合成6类隔震体系。将这6类隔震体系进行弹塑性时程计算,分析比较了不同隔震体系下的水平向减震系数、隔震支座最大位移、楼层位移和层间位移角、抗风承载力验算计算结果。分析结果表明,组合隔震体系相对单隔震支座体系有更好的隔震性能;铅芯橡胶支座对隔震层位移的减小效果最为明显。     

软土地基结构隔震方案及其工程应用

依据我国建筑抗震设计规范反应谱曲线,分析了隔震周期、隔震结构水平向减震系数和隔震层水平位移之间的关系,结果表明在软土地基上采用传统隔震技术很难控制罕遇地震作用下隔震层的较大水平变位。若隔震层水平变位的控制不当,罕遇地震作用下很容易导致隔震支座的失稳或强度破坏。针对这一问题,提出了包括铅芯橡胶支座隔震方案,铅芯橡胶支座、叠层橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案,以及滑板支座、普通橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案的三种不同隔震方案来解决软土场地上隔震效果和隔震层水平位移限值的问题,并且依据隔震方案提供不同大小的阻尼比来满足不同层次的隔震需求。最后结合隔震工程实例分析验证了软土地基隔震方案的可行性。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法

层间隔震是当前抗震防护技术中的热点问题之一。本文首先给出钢筋混凝土弹性矩阵的等效计算方法以及普通叠层橡胶支座(RB)、铅芯橡胶支座(LRB)等效弹簧单元刚度矩阵的计算方法;接着采用ABUQUS软件建立框架数值模型并设置相应的边界条件;最后以一幢8层钢筋混凝土框架结构建筑为例,通过数值计算,比较分析了以RB橡胶支座和LRB橡胶支座作为隔震装置的两种层间隔震方案的优劣。计算结果表明:与传统结构相比,两种层间隔震方案都能大大降低上部结构的加速度、位移响应;上部结构运动近似于刚体运动,抗震效果明显。总体上看,LRB隔震方案优于RB隔震方案。本文方法对钢筋混凝土层间隔震技术的数值模拟研究有一定的意义。     

新型三维隔震装置设计及数值模拟

基于铅芯橡胶隔震支座力学性能,设计研发一种新型三维隔震装置,介绍三维隔震装置的构造、变形机理及竖向刚度理论计算公式。将该三维隔震支座用于某工程,基于有限元软件建立结构模型,根据结构特点设计三维隔震支座参数,分析原结构和隔震结构在3条地震波作用下竖向加速度、水平加速度、层间剪力和层间位移响应。结果表明,新型三维隔震支座具有良好的水平隔震性能和竖向隔震性能,均有较好的减振效果。