考虑压力影响的高阻尼橡胶隔震支座速度#br# 相关性本构模型及其地震响应研究

隔震支座是基础隔震结构中的重要装置,高阻尼橡胶隔震支座具有隔震效果好,环保无污染等优点,但其力学性能复杂,应力-应变曲线与多种因素相关。本文提出了一种考虑压力影响的高阻尼橡胶隔震支座速度相关性本构模型,研究其对隔震结构地震响应的影响。首先,通过多步松弛试验和不同速度下的循环剪切试验探明加载速度和压力对高阻尼橡胶力学特性的影响。其次,提出一个基于改进超弹性Zener模型的支座本构模型来同时考虑加载速度和竖向压力,并根据高阻尼橡胶的材料试验结果识别模型中的参数,再通过支座试验验证模型的准确性。最后,分析某隔震结构在高阻尼橡胶隔震支座的速度相关性和近断层脉冲型地震动综合作用下的地震响应特点。结果表明：高阻尼橡胶隔震支座的速度相关性在近断层脉冲型地震作用下表现得较明显,会对隔震结构的地震响应产生影响,应在隔震设计中予以关注。     

高阻尼橡胶隔震结构实时混合试验仿真研究

现行隔震支座试验方法多为慢速加载的拟静力试验,无法准确评估高阻尼橡胶隔震结构在真实地震作用下隔震支座速度相关性特性。本文以某七层框架基底隔震结构为研究对象,考虑物理加载系统的随机性和隔震支座的复杂非线性,建立了自适应时滞补偿实时混合试验仿真系统,对高阻尼橡胶隔震支座的力学性能和隔震结构的动力响应进行了评估。结果表明:在噪声、不确定性及物理加载系统的动力特性等影响下,通过合理地设置时滞补偿器及控制器,支座指令位移与实测位移间的最大误差与顶层加速度最大误差分别为1.71%与4.03%,实时混合试验仿真系统能够较好地反映隔震支座力学特性及上部结构动力响应,计算结果具有良好的精度与鲁棒性,为采用实时混合试验研究真实地震作用下高阻尼橡胶支座速度相关性特性展开了有益的探索。     

一种基于改进超弹性Zener模型的高阻尼橡胶隔震支座速度相关性本构模型

目前高阻尼橡胶隔震支座已在土木工程中得到广泛应用,但由于高阻尼橡胶隔震支座的材料组成成分比较复杂,特别是大量阻尼材料的采用导致支座的应力应变关系与其加载速度相关,而目前的支座本构模型很难精确地模拟这种力学特性。因此该文从高阻尼支座的橡胶材料特性出发,提出了一个基于改进超弹性Zener模型的高阻尼支座本构模型,该模型由两个超弹性弹簧和一个非线性阻尼器单元组成,能够精确表达高阻尼支座的速度相关性。在模型中,对超弹性弹簧建立新的应变能函数,并通过附加刚度系数α来模拟高阻尼橡胶材料的初始刚度。通过高阻尼橡胶材料的多步松弛试验和在不同速度下的循环剪切试验来识别模型中的参数。通过支座试验验证了提出的模型,运用基于速度控制的实时子结构试验系统分析了某隔震桥梁在地震作用下的动力反应,并基于试验结果对该文提出的本构模型在隔震结构非线性分析中的准确性进行了验证。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及隔震效果研究

对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了试验研究.通过输入正弦波研究其力学性能,试验结果表明:新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率的等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大.然而加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座的等效水平刚度与等效阻尼系数均有较大的影响.同时通过速度控制型实时子结构试验精确、定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果.     

近断层地震作用下基础隔震结构的振动分析

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑较少,特别是对竖向分量的考虑.本文选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层速度脉冲型记录与断层附近非脉冲型记录作为地震输入,分析了基础隔震结构在近断层水平一竖向地震分量共同作用下的动力响应以及隔震支座的受力状态.结果表明...     

橡胶支座速度相关性对高架桥地震响应的影响

本文通过实时子结构实验,从结构角度分析橡胶支座速度相关性对高架桥在不同地震强度响应下的影响。通过对比支座位移、桥面位移和桥面加速度等参数,研究多跨连续高架桥在不同地震强度下的响应。实验结果表明:三种类型支座(特别是高阻尼支座和超高阻尼支座)速度相关性对桥梁地震响应有显著影响,高阻尼和超高阻尼支座对应指标变化幅度分别超过20%和30%。数值分析采用改进Zener模型模拟支座速度相关性,对比试验结果表明,该模型在地震响应分析中优于传统的双折线等模型。     

近断层地震动对基础隔震结构地震反应的影响

采用Open Sees对基础隔震结构进行了不同类型地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对结构地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动对基础隔震结构的地震反应有较大影响,甚至可能造成支座由于水平变形较大而导致其破坏,使基础隔震结构的隔震效果有所降低;在罕遇地震作用下,结构的地震响应随近断层地震动的PGV/PGA和PGD/PGA的增大而明显增大,其中PGV/PGA和PGD/PGA对支座位移的影响最大。因而,在近断层区域进行基础隔震结构设计时,应重点考虑地震动的脉冲效应对结构地震反应的影响。     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

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。     

考虑铅芯橡胶隔震支座力学性能退化的基础隔震结构地震作用研究

针对铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下由于铅芯温度上升发生力学性能退化的问题,通过压剪设备对铅芯橡胶隔震支座进行了快速水平往复力学性能试验,研究其在快速往复加载下水平剪切力学性能的变化。试验结果表明,铅芯橡胶隔震支座在快速往复荷载作用下,随着加载次数的增多,其特征强度显著下降,且前期下降的幅度比后期大,屈服后刚度在加载过程中变化较为平缓。然后基于试验结果,采用改良的广义Bouc-Wen模型,提出了铅芯橡胶隔震支座在快速水平荷载下力学性能退化的力学模型,然后基于铅芯橡胶隔震支座性能退化的力学模型,对一实际隔震结构进行仿真,研究该结构在长周期长持时地震作用下的动力响应。仿真结果表明考虑支座退化效应得到的隔震层位移和层间位移角不仅比不考虑支座退化效应得到的大,且最大值已超出设计允许范围,因此在基础隔震设计时建议要考虑铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下力学性能退化情况。     

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。     

近断层水平-竖向地震作用下基础隔震结构的动力响应

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑甚少,特别是竖向分量考虑更少.通过选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层记录、远场地震记录以及断层附近非脉冲型地震记录作为地震输入,分析基础隔震结构在近断层水平-竖向地震分量共同作用下的动力响应,以及隔震支座的受力状态...     

高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及隔震效果分析研究

本文对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了实验研究。通过正弦波实验研究其力学性能,实验结果表明新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率对其等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大。然而加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座对其等效水平刚度与等效阻尼系数均有较大的影响。同时通过数值分析精确的定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果。     

组合隔震技术在高烈度区复杂高层结构中的应用研究

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点,结合某高层医院建筑结构设计实例,研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施,提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明,组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形,减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应,结构构件损伤程度和范围大幅降低,屈服耗能机制更为合理,有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别,结果表明,在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波,采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应,隔震设计时应慎重考虑。     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧限位振动台试验研究

近断层脉冲型地震作用下基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏.本文设计制作了一个3层基础隔震钢框架试验模型与三类钢弹簧软碰撞限位器,进行了近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型试验.试验表明,弹簧限位器具有很好的弹性性能,近断层地震作用下基础隔震层软限位可有效控制隔震层变形,隔震结构体系减震效果良好.     

近断层地震作用下超长复杂隔震结构动力响应分析

随着超长、平面不规则的复杂隔震结构的出现,关注超长复杂隔震结构的安全性也变得十分重要。本文针对平面不规则的超长隔震结构的抗震性能进行了分析。运用Seismo Struct建立超长隔震结构分析模型,输入近场脉冲、非脉冲及远场地震动进行非线性动力时程分析。通过比较平面不规则的超长隔震结构在不同地震作用下的动力响应和隔震支座的水平位移,分析地震作用对隔震结构的影响。研究表明:平面不规则的超长隔震结构在近断层脉冲地震作用下的响应明显大于近断层非脉冲地震作用。同时,通过分析隔震支座的水平位移发现,超长复杂隔震结构在近断层脉冲地震作用下依旧有较好的抗震性能。     

Application research of combined isolation technology in complex high-rise building in high seismic intensity region

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点，结合某高层医院建筑结构设计实例，研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施，提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明，组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形，减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应，结构构件损伤程度和范围大幅降低，屈服耗能机制更为合理，有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别，结果表明，在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波，采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应，隔震设计时应慎重考虑。     

附设间隙阻尼减震装置的高位隔震连体结构振动台试验研究

针对高位隔震连体结构,提出附设间隙阻尼装置控制罕遇地震下连廊隔震支座位移。通过设计高宽比为6的双塔连体结构试验模型,对连廊与塔楼顶部仅采用隔震连接以及隔震与间隙阻尼装置连接的两类结构体系进行模拟地震振动台试验研究。选取远场El Centro波和速度脉冲效应明显的近场Chi-Chi波、Kobe波作为地震激励。通过测量隔震支座水平位移、间隙阻尼装置力与位移响应、连廊结构加速度响应以及塔楼结构加速度和位移响应,分析罕遇地震与极罕遇地震作用下间隙阻尼装置对隔震支座位移的控制效果,以及对连廊结构和下部塔楼结构抗震性能的影响。结果表明：间隙阻尼装置可以有效地控制罕遇和极罕遇地震作用下隔震支座位移,8度罕遇地震作用下,隔震支座最大位移减小59.61%;间隙阻尼装置传导轴与限位环产生剧烈冲击,引起高频振动能量进入连廊结构,导致连廊水平向加速度响应有所放大,而竖向加速度响应显著;远场地震作用下,间隙阻尼装置的启动对塔楼结构楼层加速度和层间位移角有所放大,但未造成不利影响;在速度脉冲周期与整体结构基本自振周期接近的近场地震作用下,当地震波峰值加速度为0.40g时,附设间隙阻尼装置使塔楼结构楼层峰值加速度和...     

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究.考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响.研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响.