核电厂隔震结构的振动台试验研究

将基础隔震技术应用于核电厂的设计和建造,不仅可以实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计,缩短设计和建造周期,提高核电厂建设的经济性,而且可以提高结构的抗震裕度,有效抵抗超过设防烈度的地震动。为此,该文分别采用传统橡胶隔震支座和厚层橡胶隔震支座,制作传统水平基础隔震模型和三维基础隔震模型,结合油阻尼器控制核电厂结构的地震响应。通过振动台试验和数值模拟,对比了隔震模型和非隔震模型在时域和频域的地震响应。研究表明,在水平方向,两种隔震结构的水平加速度相对于非隔震结构均可以降低约50%;在竖直方向,三维隔震结构的楼层反应谱峰值向低频2Hz~3Hz移动,避开了设备和管道的主频率范围10Hz~20Hz,即可以实现设备和管道的竖向隔震。同时,试验和分析均证明对隔震层附加约为15%的水平阻尼比,可以有效降低结构的地震响应,并使水平楼层反应谱峰值减小约50%。     

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。     

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。     

复杂博物馆隔震结构地震模拟振动台试验研究

云南省博物馆结构处于地震高烈度地区,其结构形式为复杂超限非规则的型钢混凝土结构,对于这种具有特殊功能的建筑结构采用隔震技术具有十分重要的意义。为了确认该博物馆隔震结构的隔震效果及损伤破坏机理,对1:30的缩尺模型开展了振动台模型试验研究。主要对隔震与非隔震模型结构的动力特性及其在多遇地震、罕遇地震下的地震反应进行测试与比较。试验结果表明:隔震结构在不同性能水准地震作用下动力特性稳定,减震效果较好,上部结构水平向各层峰值加速度小于台面峰值加速度;隔震结构的加速度反应要小于非隔震结构,结构各层变形满足规定要求限值;结构扭转反应较小,整体没有发生破坏;罕遇地震作用下隔震支座滞回曲线均匀饱满,支座没有发生损伤。隔震技术能很好的在大型复杂博物馆结构中应用。     

新型钢滚轴及混合隔震结构地震模拟振动台试验研究

针对一种新型钢滚轴隔震支座进行研究,分别设计制作了一组钢滚轴隔震支座和一组摩擦摆隔震支座,并完成了某两层钢框架的固结、纯滚轴隔震、滚轴+MR被动阻尼器混合隔震和摩擦摆隔震模型的振动台试验。研究了各模型在地震加速度峰值为0.10 g、0.20 g的3条地震波作用下的结构响应,试验结果表明:新型钢滚轴隔震支座的隔震效果优于摩擦摆隔震支座,纯滚轴隔震模型和滚轴+MR被动阻尼器的混合隔震模型均可降低结构加速度反应56.1%～80.8%,且合理的优化混合阻尼隔震体系的阻尼值可使隔震效果更佳。同时,采用MR阻尼器的混合隔震模型较纯滚轴隔震模型可降低隔震层位移反应58.7%～87.4%,且随着阻尼值的增大其控制效果更好。因此,将新型钢滚轴隔震支座与阻尼装置配套使用的方法有效可行,在充分发挥滚轴隔震支座隔震效果的同时避免了结构隔震层位移过大的问题。     

组合支座隔震结构及其动力反应分析

本文重点介绍了用于基础隔震结构中的一种新型组合式滑移支座，它由滑板式橡胶支座和普通橡胶支座组合而成。并且建立了这种组合支座的恢复力模型，分析了由该组合支座所组成的基础隔震结构的动力反应时程分析，计算表明了这种组合支座是一种安全有效、经济实惠的隔震支座。     

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。     

变刚度地基上基础隔震结构动力学特性变化规律试验研究

基于饱和砂性土地基动孔压比变化对地基刚度的影响规律,通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法,提出了变刚度地基上隔震结构振动台模型试验方法,并结合已完成的不同地基上土-桩-隔震结构系列振动台模型试验,分析了地基刚度变化对基础隔震结构动力学特性的影响规律。结果表明,随着结构-土体相对刚度比的增大,变刚度地基上基础隔震结构一阶自振频率降低,但体系阻尼比明显增大,尤其是隔震层的隔震效率发生了明显的降低。变刚度地基上结构-土体相对刚度比显著影响隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应,强震下结构-土体相对刚度比越大,隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应较刚性地基时增大越显著。基于系列振动台模型试验结果,初步给出了基于结构-土体相对刚度比的小高宽比隔震结构模型周期延长率、阻尼比、层间位移角SSI影响率以及隔震层位移SSI影响率的预测公式,该研究结果有助于推动结构隔震技术的更广泛应用。     

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。     

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。     

近场地震作用下巨-子隔震结构振动台试验

基于子框架隔震的巨-子结构可以解决高层隔震结构受限于高宽比限值的问题,现有研究主要集中在理论、数值分析及远场地震作用。该文设计制作了一个具有三个巨型结构层的巨-子结构实验模型,将铅芯隔震支座设置在子框架底部,对巨-子结构进行了近、远场地震作用下无控和有控的振动台对比试验。试验结果表明：在子框架与主框架的连接部位设置隔震层,对主框架的地震反应具有明显的调谐减震作用,对子框架的地震反应也具有显著的隔震作用;近场地震作用下主框架和子框架的地震反应都要大于相同场地的远场地震动。超设防烈度近场地震作用下,隔震子框架与主框架发生碰撞,对结构的舒适性和安全性产生不利影响。     

三维隔震抗倾覆结构振动台试验

应用一种具有自主知识产权的被动控制装置——碟形弹簧三维隔震抗倾覆支座(3D-BIORD-DS)对一高层钢框架模型结构进行了隔离三向地震动激励的振动台试验。介绍了装置的设计原理和力学性能试验,试验结果表明:装置内置钢丝绳交错与否对装置的水平性能有较大影响;装置具有足够的竖向承载力。进行了模型结构振动台试验,考查了4条地震动作用下的结构反应。对试验结果的分析表明:不管是短周期地震动还是长周期地震动,装置都能够较好地减小结构的三向地震响应;但是结构的倾角反应较大,表明支座的竖向刚度应当进行更加合理的设计,以满足可使用性要求。     

多维多点输入下大跨度连体高层结构地震反应振动台阵试验研究

利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明：多维地震分量将增大结构地震响应;行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大;同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大;连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.     

木构古建筑柱与柱础的摩擦滑移隔震机理研究

通过对木构古建筑柱础和柱架形式及特性的分析,建立了柱与柱础的摩擦滑移隔震体系模型,给出了柱脚滑移判定条件;运用随机振动理论FPK方程提出了柱与柱础间滑移量在白噪声过程作用下的计算公式;并进行了摩擦滑移隔震位移量的试验测定。试验与计算表明,柱与柱础间因摩擦滑移而隔震耗能,提出的滑移量计算公式是可行的。研究结果可为木构古建筑的抗震性能研究提供借鉴作用,并对古建文物的保护加固提供科学依据。     

基于模型结构振动台试验的概率密度演化方法验证

以广义概率密度演化方程为核心的概率密度演化方法可应用于一般随机动力系统的反应分析与可靠度评价。该文基于随机地震动作用下模型结构振动台试验实测数据,将试验模型典型动力响应的样本集合直接统计结果与概率密度演化分析结果进行对比,以从试验角度验证概率密度演化方法的正确性。研究结果表明,概率密度演化分析结果,无论从均值与标准差过程,还是典型时刻的概率分布上,均分别与样本统计结果吻合良好,从而证明了概率密度演化方法在随机动力系统分析中的精确性与可靠性。     

预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究

进行了9个采用预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket,PSJ)加固的RC短柱试件的单调加载试验。重点研究预应力钢板箍加固RC短柱的抗剪性能和加固构件受剪承载力计算方法。主要试验参数包括箍板预应力度和箍板配置量。试验结果表明:采用预应力钢板箍加固RC短柱可显著改善其受剪性能,不仅可有效提高构件的抗剪承载力,并能使最终出现剪切破坏的加固短柱具有较好的变形能力。在试验研究基础上探讨了预应力箍板加固的受剪机理,分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响及其规律。分析结果表明:预应力箍板的受剪系数与箍板预应力度和箍板配箍特征值等因素有关。基于叠加方法,提出了箍板受剪系数和加固柱抗剪承载力计算公式,计算结果和试验结果总体吻合良好。研究成果可为预应力钢板箍加固RC柱的抗剪设计提供依据。     

基于STEP的参数化特征造型系统的形状模型及其实现方法

本文简要描述了STEP的产品形状结构,论述了STEP的形状模型与一般系统形状模型的区别。在此基础上,讨论了产生基于STEP的系统内部形状模型应考虑的因素、模型的组成及其实现方法。该方法已在HP9000系列工作站上得到了部分实现。     

高延性混凝土加固无筋砖墙抗震性能试验研究与承载力分析

为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋砖墙的抗震性能,设计制作了3片HDC面层加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和1片作为对比试件的未加固砖墙,通过拟静力试验,研究了HDC面层加固砖墙的破坏形态、滞回性能及耗能能力。试验结果表明：HDC面层可对墙体形成约束作用,延缓墙体开裂并改变墙体的破坏模式,提高墙体的承载力和延性;与钢筋网水泥砂浆面层加固相比,单面HDC加固的墙体开裂荷载与耗能能力明显提高,承载力下降缓慢。针对试件的破坏形态,考虑未开裂区加固面层对墙体水平承载力的贡献,提出了加固墙体的承载力计算方法,并根据试验结果进行了验证。     

预应力箍板RC柱抗震性能数值模拟及试验验证

为全面了解设置预应力箍板(PSJ)RC柱抗震性能,进一步研究施加横向预应力构件受力机理,建立PSJ-RC柱有限元模型,以剪跨比、轴压比、预应力度以及箍板用量为主要参数,开展弹塑性数值模拟。分析其破坏形态、承载力和变形能力,并进行不同轴压比、预应力度试件的试验验证。设置PSJ能够有效提高试件抗剪承载力,明显改善试件变形能力,尤其对高轴压比柱抗震性能的提高。增加预应力度能提高试件位移延性,预应力度宜控制在0.3―0.5,低于0.15可能导致箍板参与抗剪和横向约束作用降低,箍板配置参数在0.75―1.0能够最大发挥材料效能。设置PSJ能有效提高RC柱抗震性能,施工工艺简单、可行,可供工程实践参考。