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...     

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%。     

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。     

摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用

介绍摩擦摆支座的工作原理，根据简化的荷载-位移滞回曲线给出摩擦摆支座初始刚度、等效刚度及恢复力等的计算公式。列举摩擦摆支座在国外桥梁设计与加固中的应用，也介绍在国内桥梁工程中的研究与应用现状。最后，根据某城市高架桥抗震设计的一个实例，分析标准联结构采用摩擦摆支座的隔震效应。计算结果表明，摩擦摆支座的隔震效果明显，但会增加主梁支座的位移，在设计中要注意支座与抗震挡块之间的间隙，确保摩擦摆支座的极限位移。     

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。     

设置改进型三重摩擦摆支座的双层网壳结构的地震响应分析

改进型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座,通过在传统三重摩擦摆支座四角设置黏滞阻尼器得到。将这种隔震支座用于双层球面网壳结构中,分析设置固定铰支座、传统三重摩擦摆支座和改进型三重隔震支座的三种不同支座的网壳模型。通过地震响应分析,提取了杆件轴力、节点加速度、柱脚反力和支座位移时程曲线。结果表明:与设置固定铰支座的双层网壳相比,改进型三重摩擦摆支座的结构地震响应大大减小;与设置传统三重摩擦摆支座的结构相比,杆件轴力及节点加速度略有增大,但是能有效地减小支座滑动位移,克服了摩擦摆支座因滑移位移大而在建筑中的使用大大受到限制的缺点,改善了下部柱子偏心受压的情况。阻尼器的存在还使上部结构和柱子之间产生拉力,使柱子轴力减小,进一步说明改进型支座具有抗拔性,满足拉压型构造的要求。     

三重摩擦摆非对称框架结构的动力响应分析

借助ANSYS软件分别模拟单摆和三摆隔震支座,通过提取滞回曲线得出三摆隔震支座的特点;然后根据非对称框架结构的自身特点,通过采用数值模拟对非对称结构设置三重摩擦摆新型隔震支座对在8度罕遇地震作用下的响应,根据上部荷载不同设置不同参数的三重摩擦摆隔震层,对其隔震效果进行分析比较。计算结果显示,采用三重摩擦摆隔震可使上部结构的地震反应显著减小。通过合理设置三重摩擦摆的关键参数,对隔震层和上部结构的位移进行调整,可实现对隔震层的水平位移、扭转振动以及平-扭耦联作用有效的控制,保证底层柱受力合理。     

无机耐久型建筑隔震滑板支座试验研究

近年来滑板支座与橡胶隔震支座组合使用的复合隔震技术在抗震工程中的应用日益增多。本文基于二硫化钼、石蜡以及高强灌浆料等材料研发了一种新型无机耐久型隔震滑板支座,并通过试验研究了不同滑块尺寸的支座竖向刚度、承载能力,静动摩擦系数与压力的相关性及其滞回性能,动摩擦系数与加载频率、加载次数相关性等性能。试验结果表明,该新型滑板支座竖向刚度良好、承载能力高,动力往复荷载作用下的摩擦系数稳定且滞回曲线饱满,是一种性能良好、造价低廉、适于工程应用的隔震支座。     

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。     

变曲率摩擦摆系统优化设计及其有限元验证

为了满足大型建筑结构对不同地震动特别是长周期地震动的隔震需求,提出一种新型的双向变曲率摩擦摆隔震支座(BDVCFPB),根据摩擦摆支座基本原理详细设计了该BDVCFPB,深入研究了BDVCFPB的摩擦系数、曲率影响系数、隔震周期以及聚四氟乙烯(PTFE)板应力状态对支座性能的影响,最后采用有限元软件ABAQUS对BDVCFPB进行数值仿真分析。研究结果表明:滑块底面长度2r较小时,PTFE板与滑动面不发生分离;仅滑块底面长度2r较大时,PTFE板与滑动面才发生分离。设计位移处BDVCFPB的滞回曲线与理论模型相差略大;在滑块由设计位移处向平衡位置滑动过程中,凸弧段上BDVCFPB的滞回曲线与理论模型略有差异,而且2r越大,差异越大。但总体上来说,BDVCFPB的水平力与位移滞回曲线和理论模型吻合较好。     

变曲率摩擦摆隔振技术在桥梁抗震中的研究与应用

采用Abaqus软件对摩擦摆支座进行实体建模,分析其低周往复作用下的滞回性能,研究表明,在设计位移范围内骨架曲线基本表现为双线性折线模型,不能体现变曲率摩擦摆支座的强非线性和刚度软化的特点,仅表现为屈服后刚度和有效刚度较小的双线性滞回模型,可以用曲面高度等效的普通摩擦摆支座去模拟变曲率摩擦摆支座。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响

为了研究竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响,由摩擦摆的滑块受力平衡推导出考虑竖向地震动的摩擦摆隔震系统的水平力与位移的滞回关系与隔震周期,指出LNG储罐考虑竖向地震动的必要性。引入由碟形弹簧和摩擦摆组合而成的三维基础隔震系统,讨论不同竖向地震动强度对LNG储罐的地震响应的影响,研究结果表明:LNG储罐地震响应必须考虑竖向地震动,尤其是竖向地震动强度较大时;竖向隔震周期0.4s,或者竖向阻尼比0.2～0.3,或者减小摩擦摆的摩擦系数与曲率半径,可以有效地降低竖向地震动对LNG储罐地震响应的影响。     

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。     

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。