多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

多级性态隔震支座滞回模型和力学性能试验研究

叠层橡胶支座在大变形下力学性能会有所衰减,实际工程中为满足性能要求通常需要增大橡胶支座直径。基于滑板支座和橡胶材料的力学性能特点,设计开发出一种新型高性能多级性态支座,实现较大的竖向承载性能及可靠的水平耗能能力;介绍了高性能多级性态支座的组成构造和变形机理;提出了高性能多级性态支座的水平滞回模型,探讨了支座竖向刚度与水平变形的关系,给出了回转刚度的计算公式。并对提出的装置进行了力学性能试验,试验结果表明,高性能多级性态支座具有变刚度特性,滞回特性呈现为双线性特点,在竖向高承载条件下力学性能稳定,提出的理论力学模型与试验结果吻合较好,可有效地模拟高性能多级性态支座的力学性能。     

斜向三维隔震支座的非线性力学性能试验及数值模拟研究

该文针对三维隔震结构较高竖向承载力和减震效果的需求,基于铅芯橡胶支座提出了斜向三维隔震支座,并基于铅芯橡胶支座的非线性力学本构模型,建立了考虑压缩应力及刚度衰减影响的三维隔震支座非线性竖向刚度计算模型。进行了倾斜角度分别为12°和15°的三维隔震支座模型力学性能试验,试验结果得到了该三维隔震支座滞回模型呈现出加载和卸载非平行特征,竖向刚度呈现非线性变化,以及角度和竖向位移对力学性能的影响规律。进一步对理论与试验结果进行对比分析,三维隔震支座的试验结果与理论计算值吻合。最后利用通用有限元软件建立不同倾斜角度的三维隔震支座数值分析模型,基于计算理论、静力试验及数值仿真结果分析了摩擦系数、剪应变、倾斜角度对三维隔震支座非线性竖向刚度的影响。     

三维地震下层间隔震高层建筑结构地震响应研究

实际地震具有多维特性,只考虑水平地震作用往往不够真实全面。基于此,建立某高层框架-核心筒层间隔震结构模型,在8 度罕遇地震下,输入一维、二维、三维地震,对设置传统水平隔震支座的层间隔震高层建筑结构,进行动力弹塑性时程分析。三维地震激励下,层间隔震高层建筑结构地震响应增大,采用传统水平隔震支座容易出现拉应力超限问题。针对边缘隔震支座出现的拉应力超限问题,设置三维隔震支座结构,并与传统水平隔震支座结构进行分析对比。结果表明：采用三维隔震支座后,解决了拉应力超限问题;结构的层间位移、基底剪力、楼层加速度均明显减少且结构核心筒损伤程度减轻,并且对竖向地震力也具有良好的控制效果,说明三维隔震支座隔减震性能优于传统水平隔震支座。     

锥形非固结隔震结构理论与振动台试验研究

为了分析锥形非固结隔震结构的减震效果、支座耗能机理及支座受拉性能,对一缩尺1∶4的锥形非固结隔震钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验研究.分析了不同类型及强度的地震波作用下的结构上部及隔震层地震反应.试验结果表明,结构模型在8度和9度罕遇地震作用下,与其台面输入加速度峰值相比,其隔震层的加速度峰值减小10％～20％,上部结构顶层加速度峰值增加10％～50％,但和普通抗震结构相比具有明显的减震效果.在不同单向地震作用下,锥形非固结支座的滞回曲线饱满匀称;其上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量,耗能机理明确;地震波特性对支座受拉性能影响明显,但没有出现倾覆倒塌现象.锥形非固结隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值.     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅱ）——理论分析与试验结果比较

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先用Bouc-Wen模型模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向恢复力特性.在此基础上,提出一种双向水平地震激励下多跨连续隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并通过隔震连续梁桥结构模型振动台试验证实了所建立双向多自由度计算模型的正确性,以及铅芯橡胶隔震支座两水平方向力变形相互耦合作用模型的合理性.因此,对隔震桥梁LRB支座进行设计时,建议考虑支座恢复力的相互耦合作用;多维地震动输入时,特别是竖向地震分量较大时,进行橡胶支座设计时应考虑铅芯橡胶支座上有竖向拉力产生的情况.     

铅芯橡胶基础隔震房屋模型地震反应分析

考虑铅芯橡胶隔震支座水平力—位移滞回曲线的实际特性、对隔晨支座的滞回特性和粘滞特性进行分析、提出了组合分析模型，铅芯橡胶隔晨支座滞回模型采用双线性库仓阻尼器模型及速度粘滞阻尼模型。对房屋模型进行了三维非线性动力时程分析，并与模型振动台试验结果进行了比较，计算分析与试验结果符合较好。     

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。     

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。     

三维远场长周期地震下层间隔震结构减震性能分析

实际地震具有多维特性，只在水平方向考虑往往不够真实全面，而且远场长周期地震不同于普通地震，具有周期长，持时长、低频成分丰富等特征，对周期较大的隔震类等结构会产生不利影响，需深入探讨。选取6 条远场长周期地震和3 条普通地震作为地震输入，对大底盘层间隔震结构模型，进行罕遇地震下的动力弹塑性分析。针对结构出现的层间位移角与隔震支座位移超限问题，设置三维隔震支座，并与设置传统水平隔震支座结构进行地震响应分析对比。结果表明：三维远场长周期地震下，大底盘层间隔震结构地震响应显著增大，层间隔震结构减震性能变差；三维远场长周期地震下，采用传统水平隔震支座时，结构层间位移角与隔震支座位移出现超限问题；采用三维隔震支座后，可解决超限问题，结构的层间位移角、层间剪力均明显减少，且对竖向地震力也具有良好减震效果。     

极低温度下LRB力学性能及对高层结构地震响应的影响

摘 要：研究极低气温（﹣40℃）下温度变化对隔震结构中铅芯橡胶支座力学性能的影响及其力学性能变化特征,及﹣40℃至40℃区间支座的温度相关性。选用直径为600 mm的原型铅芯橡胶支座,采用电液伺服加载系统完成剪切应变为100%情况不同恒定温度下的低周反复加载试验。发现支座在极低温度下的力学性能与常温下的力学性能差异显著。提出铅芯橡胶支座屈服后刚度与屈服荷载的温度修正方程,及隔震结构设计中铅芯橡胶支座基于温度的力学参数取值建议。给出考虑温度影响的隔震结构地震反应影响算例,分析结果表明温度对强震下隔震结构的隔震层位移、上部结构层间剪力以及上部结构顶层的加速度响应影响显著。     

新型多功能隔震支座力学性能的数值模拟与实验验证

为满足桥梁在正常使用荷载与地震极端荷载等不同工况下的性能需求,该文设计制作了一种新型多功能隔震支座,基于ANSYS有限元平台,建立了该支座的精细有限元模型,对其力学性能进行了数值模拟与试验验证。数值结果表明:在350 kN竖向压力作用下,部分铅芯已进入塑性状态,橡胶则处于三向受力状态,其静水压力远大于Mises应力;在100 mm横向剪切位移作用下,单层橡胶片各处剪切应力仍近似相等,相差不超过5%,铅芯则发生了很大的塑性应变,最大Mises塑性应变值达到0.580。数值计算结果与该支座试验数据对比表明,支座数值计算所得剪切性能滞回曲线与试验结果一致性较好,验证了该文数值模拟的准确性与可靠性。     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅰ）——模型结构振动台试验

为了研究多维地震作用下隔震梁桥结构振动特性和隔震效果,隔震支座两水平正交方向力-变形关系以及竖向性能等,对方形铅芯支座隔震连续梁桥结构模型进行了下模拟地震振动台试验.在水平单向、双向及水平双向和竖向同地输入地震波时,对桥梁模型结构桥面和桥墩顶部加速度反应,位移反应,以及隔震支座两水平正交方向力-变形关系和竖向力反应等进行了相关研究,得出若干对桥梁隔震设计有价值的结论.     

刚性滑板-复位橡胶免承压支座隔震结构振动台试验

研发了一种新型自复位滑移摩擦隔震支座，该支座竖向支承和水平复位元件相互独立分离，摩擦耗能和自复位功能分别由刚性滑块和弹性橡胶完成。阐述了该支座基本构造及工作原理，提出并检验了该型支座的理论恢复力模型。设计并制作了3层装配式钢框架足尺模型，选用2条天然波及1条人工波，对基础隔震及非隔震结构进行7度(0.15g)多遇、设防及罕遇地震的地震模拟振动台试验。结果表明：新型支座的各组成部分本构关系独立明确、传力路径清晰，便于组装更换；采用该支座的隔震结构在各水准地震作用下的地震反应明显小于非隔震结构，隔震效果随试验地震动峰值加速度的增大而趋于显著；隔震层滞回曲线饱满，可有效吸收耗散地震能量，各支座始终保持较好的竖向稳定性，未出现倾覆提离现象，震后结构隔震层复位良好。     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

串联式变刚度摩擦摆支座设计与验证

为使支座适应减隔震桥梁在日常使用、多遇地震以及罕遇地震等多种工况的不同需求,本文对国内外的减隔震技术进行分析,将滑动摩擦、单摆运动以及橡胶剪切阻尼结构进行有机结合,使支座在不同工况下具有不同的水平刚度,实现相应的减隔震效果。通过结构理论设计、实体减隔震性能试验以及有限元分析,验证了该新型支座的减隔震性能和承载性能符合预期,其力学行为可控,实现了不同工况中隔震效果的协调性,避免了过大的位移反应给桥梁设计、施工造成的不利影响。     

基于概率地震需求分析的铅芯橡胶支座抗震性能研究

选取谱加速度为地震动强度参数,最大墩底弯矩为工程需求参数,对铅芯橡胶支座隔震简支梁桥和非隔震简支梁桥进行了概率地震需求分析,从概率的角度定量计算研究了铅芯橡胶支座在提高桥梁结构抗震性能上的作用。概率地震需求模型计算结果表明,隔震桥梁结构回归方程的斜率均小于非隔震桥梁结构回归方程的斜率,这反映出隔震结构对地震动强度改变的敏感性小于非隔震结构;场地危险性分析表明,在同一场地上,桥梁结构体系遭遇某水平谱加速度的超越概率,隔震结构小于非隔震结构,隔震支座的应用降低了桥梁结构对应的场地危险性;概率地震需求危险性分析表明,在本文设定的场地和结构参数下,铅芯橡胶支座隔震桥梁结构发生墩底纵筋屈服的年超越概率远小于非隔震结构相应的概率。本文的研究表明,概率地震需求分析方法作为一种基于概率的定量分析方法,可以用于不同结构体系的桥梁结构抗震性能的评价上。     

高烈度震区大跨径中承式钢箱系杆拱桥减隔震技术研究

为了研究高强度地震作用下大跨径中承式钢箱系杆拱桥地震响应及减隔震技术,以西双版纳黎明大桥为工程背景,选取类似场地的实际地震动记录作为输入地震波,采用非线性时程分析法,研究支座类型及参数变化对拱桥结构的减隔震效果。结果表明：相比于普通支座,减隔震支座能大幅降低结构内力,但纵向位移有所增加,且摩擦摆支座的减隔震效果要强于铅芯橡胶支座;摩擦摆支座+黏滞阻尼器联合抗震体系能够有效降低纵向和横向位移,进一步能提升桥梁的抗震性能;对联合抗震体系进行参数敏感性分析可知：最佳的参数范围是：摩擦因数为0.04,曲率半径在3 200～4 200 mm,阻尼系数为6 000,阻尼指数在0.2～0.4;在最优抗震体系下,结构位移和内力均显著降低,最大减震率分别达到了75.3%和82.3%,表明该体系大幅提高了拱桥抵抗地震的能力,为同类桥梁减隔震设计提供参考。     

含新型滑移支座的并联隔震建筑实时混合模拟试验研究EI北大核心CSCD

滑移隔震支座是性能稳定、构造简单的隔震装置,介绍了一种摩擦界面涂有二硫化钼的新型滑移支座。为了解滑移支座的摩擦性能及含此支座的并联隔震建筑的隔震效果,对支座进行了拟静力试验、实时混合模拟试验和数值模拟。拟静力试验表明滑移支座的摩擦系数与水平加载频率及压强存在相关性。以滑移支座为试验子结构、铅芯橡胶支座及上部结构为数值子结构,进行了实时混合模拟试验,研究了滑移支座在地震作用下的响应,并通过与有限元模拟结果的对比,评估了并联支座的隔震效果。结果表明,采用新型滑移支座和铅芯橡胶支座的并联隔震结构具有良好的隔震效果。     

核电厂高静低动三维隔震系统的地震响应研究

为实现核电厂隔震结构在静载阶段隔震层具有小位移的同时，动载阶段具有较好减震效果的目的，提出一种由水平隔震单元和高静低动隔震系统（由斜置橡胶支座和负刚度装置组成）组成的核电厂高静低动三维隔震系统。基于静载和动载阶段的斜置橡胶支座、负刚度装置的变形特征提出了核电厂高静低动三维隔震系统竖向理论模型，分别对斜置橡胶支座、负刚度装置以及高静低动隔震系统进行静力加载试验，结果表明斜置橡胶支座具有较好的承载力和较大刚度，负刚度装置呈现明显负刚度特性，高静低动隔震系统在动载阶段滞回曲线饱满，具有较小动刚度特征。理论模型与试验结果的对比表明所提出的高静低动隔震系统理论模型能较好反映该装置系统力学特性。进一步对核电厂高静低动三维隔震结构进行地震响应分析，结果表明该结构在静载下的变形为102.02 mm，从地震作用下核电厂上部结构和内部设备的三向加速度变化来看，该隔震结构具有良好的减震作用，减震率达到40%以上，提高了核电厂在三向地震作用下的安全性。