基于摩擦摆球型支座的桁架拱桥减震设计

以跨径布置为(12+158+12)m的钢桁架系杆拱桥为研究对象,建立有限元模型,对比分析了采用普通支座和摩擦摆球型支座时桥梁的结构动力特性及地震响应。研究结果表明,采用摩擦摆球型支座可延长结构自振周期、减少桥墩墩顶位移及地震力,且使各墩内力分布更均匀,减震效果十分显著。同时,还对摩擦摆球型支座参数敏感性进行分析,研究结果可为类似工程提供参考。     

摩擦摆支座恢复力模型研究

采用微分连续模型模拟摩擦摆支座的单向和双向耦合恢复力,表明其可以较好地描述恢复力的非线性特征和双向耦合效应。由计算分析可以看出,考虑双向耦合作用与未考虑双向耦合作用的滞回曲线有较大差别,因而,支座应采用双向耦合恢复力模型以考虑双向耦合作用对结构地震反应和支座性能的影响。     

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。     

摩擦摆支座在地面结构与地下结构中减震效果对比研究

结合地下结构地震反应特征,在借鉴地面结构减震设计理念基础上,分别设计了摩擦摆支座安装于结构底部和中柱顶部2种减震方案。通过建立土体与地面结构和地下结构整体二维数值模型,运用动力时程分析方法对比研究了不同减震方案对地面结构和地下结构的减震效果。研究结果表明：基底减震方案通过延长地面结构自振周期达到降低结构地震反应的减震机理并不适用于地下结构,地下结构底部安装摩擦摆支座仅能起到减小传递结构底部土层剪力的作用,但整体减震效果并不明显;在中柱顶部设置摩擦摆支座使得关键竖向支撑构件的剪力、弯矩和水平变形都大幅度地降低,因此认为该方案是一种行之有效的地下结构减震措施。     

摩擦摆支座桥梁减隔震性能研究

以某桥梁工程为背景,建立空间有限元计算模型,对比分析了桥梁结构在有无减隔震措施下的地震反应。结果表明,未采取减隔震措施时,该桥桥墩会发生强度破坏;而采用摩擦摆减隔震支座后,该桥桥墩的强度、变形均能满足规范要求。该计算结果可为同类桥梁结构的减隔震设计提供参考。     

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.     

基于摩擦摆支座的高速铁路简支梁桥减隔震效果分析

为研究摩擦摆支座在高速铁路简支箱梁桥的减隔震效果,以24、32、40m典型跨径高速铁路简支梁桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元软件分别建立传统抗震体系和减隔震体系模型进行非线性动力时程分析,研究桥梁墩高、桥梁跨径和地震动峰值加速度(PGA)等因素对简支梁桥地震响应的影响。研究结果表明：桥墩墩高和截面形式对墩底内力和墩顶位移的减震效果有较大影响,但在5～20m墩高内受墩高的影响更为显著;墩高从5m增加到20m时,墩底内力减震率分别为80%、35%,墩高从25m增加到45m时,墩底内力减震率分别为46%、37%;桥梁跨径对结构减震率有一定影响,但在10%以内;PGA对墩底内力和墩顶位移的减震率总体上影响较小;墩高和PGA对FPB支座位移影响较大,PGA影响更为显著,支座位移增大倍数明显大于对应的PGA增加倍数。     

摩擦摆隔震支座在地震反应中的影响分析

本文以一座7层框架结构作为研究对象,运用有限元分析软件SAP2000,对摩擦摆基础隔震结构进行地震反应分析,输入地震波EI-Centro波,通过调整摩擦摆支座的摩擦系数,分析在不同的摩擦系数下结构的周期、基底位移、楼层加速度的影响变化,表明随着支座摩擦系数的增大,结构自振周期逐渐变小,楼层的滑动位移反应也呈减小的趋势,但楼层加速度反应会逐渐变大,为滑移隔震技术应用到实际工程提供了参考依据。     

摩擦摆隔震支座在储液罐隔震的应用

由于储液罐类结构的特殊性,它的抗震问题一直没能得到很好解决。近些年,在国外特别是地震高发区,采用FPS摩擦摆动支座在工业用存储罐隔震方面获得了较大推广,并取得了非常好的减震效果。以Haroun-Housner模型提出的理论为基础,针对某附加摩擦摆支座的储罐结构进行了抗震分析。计算分析表明:FPS支座对于减少储罐结构的地震反应作用非常明显,FPS支座在极温变化下性能仍然十分稳定,特别是对于高寒地区,可以替代低温性能不稳定的铅芯隔震支座。     

摩擦摆减隔震支座在高烈度区桥梁的应用与分析

本文介绍了摩擦摆减隔震支座的基本构造及工作原理,着重阐述了该类型支座在进行非线性分析时的相关参数计算方法,并且结合工程实例分析该类型支座应用于高烈度区桥梁在隔震状态下的动力响应。针对工程应用中墩柱高度引起的刚度分配,提出了相关注意事项和设计关键点。     

滑动摩擦支座隔震桥梁地震反应分析

多滑面摩擦隔震支座具有刚度和阻尼的自适应性,在基于性能的桥梁抗震设计中有广泛的应用前景。本文以某近海连续梁桥为工程背景,考虑海洋软土条件,应用p-y法模拟桩-土相互作用,通过单摩擦摆（FPS）串联组成多滑动面摩擦摆支座（MFPS）模型,并建立全桥有限元模型。采用反应谱法和快速非线性分析（FNA）两种方法,对设置单滑面摩擦摆支座和多滑面摩擦摆支座的两种不同支座的隔震桥梁体系进行地震响应分析。对比分析两种方法得到的两种隔震桥梁结构的支座滞回性能和墩底剪力等的地震响应规律。研究结果表明,两种支座均具有较好的隔震效果,采用MFPS支座的桥墩的地震响应比FPS支座有所减小,且具有较大位移能力。     

摩擦摆式抗震支座在现浇连续梁中的应用

以一座四跨连续梁桥为研究对象,结合土木工程通用有限元分析软件Midas分析地震力作用下桥梁使用普通盆式支座和摩擦摆支座对桥梁下部结构受力性能的影响,分析结果表明在地震力作用下,装有FPB隔震支座桥梁比非隔震支座桥梁具有良好的隔震效果。     

摩擦摆隔震混凝土框架结构的有限元分析

对一幢四层摩擦摆隔震框架结构进行ABAQUS有限元模拟,将隔震前后结构的动力反应进行了对比,分析结果表明:摩擦摆隔震支座可有效降低上部结构的地震响应,具有使上部结构整体平动的良好隔震性能。     

二硫化钨改性聚四氟乙烯摩擦摆支座摩擦磨耗性能研究

针对摩擦摆隔震支座聚四氟乙烯PTFE摩擦滑移材料存在磨损率高、冷流性和熔体黏度高等问题,在PTFE材料中添加不同掺量的二硫化钨(WS2)。在对摩擦滑移材料基本物理力学性能进行试验研究的基础上,研究支座的摩擦磨损性能,并分析加载速度、压应力与摩擦系数的关系,进而综合给出PTFE材料中WS2含量的建议值,同时利用ABAQUS软件对摩擦副支座进行有限元分析和试验验证。结果表明：添加纳米级2%、4%WS2对PTFE进行改性,能在确保基本物理力学性能的前提下,显著改善PTFE的耐磨损性能,且摩擦系数与纯PTFE相差不大,是改进桥梁用摩擦摆支座性能的一种较好方法。     

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。     

Shaking table test study of high-rise frame-shear wall structure isolated by friction pendulum bearings

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。     

FPS隔震体系振动台试验与有限元模型对比分析

设计制作了一种摩擦摆隔震支座,并将其置于基础与上部结构之间,完成了一6层单跨钢框架摩擦摆隔震体系模拟地震振动台试验。针对不同场地从模型振动台试验和有限元计算两个方面进行了全面研究,并将两者结果进行比较。试验及有限元分析结果表明:理论分析和试验研究结果吻合较好,摩擦摆隔震装置能够有效的延长上部结构的自振周期,限制隔震层过大位移,同时具有自动回位的功能,有效减少了地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显。     

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。     

模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明：相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。