串联基础隔震框架在竖向压应力变化时的性能分析

本文研究了橡胶隔震垫与摩擦滑移板串联的组合式基础隔震层的动力特点和适用性,分析了整体倾覆力矩、支座竖向差异变形、上部结构竖向刚度等对串联的组合式隔震层的影响,以及组合式隔震层对上部结构扭转的影响.计算分析表明,由于摩擦滑移板竖向压应力的变化,引起隔震层水平动力性能产生变化,在设计中应予考虑.     

某隔震展馆水平限位设计与抗震性能研究

限位装置能够降低隔震结构大震下倾覆概率。研究结合某4层框架展馆,进行水平隔震与限位设计;选取适用于隔震展馆的限位装置参数限位间距(D)、限位刚度(K),建立限位-隔震结构分析模型,结合顶层加速度峰值、层加速度、层位移、层剪力峰值等指标展开抗震性能分析。结果表明,限位隔震结构与传统结构相比能降低上部加速度、层剪力响应,限位隔震结构层剪力峰值较隔震结构有放大现象,限位装置工作性能良好。     

摩擦摆隔震层的瞬时偏心与扭转反应分析

摩擦摆隔震技术具有隔震周期与上部建筑的自重无关、自带摩擦耗能能力、隔震层没有初始偏心等优点,正逐渐被我国工程界所接受.但是,由于摩擦摆支座的水平刚度与其所受竖向力成比例,上部结构在水平地震作用下产生的倾覆力矩会使摩擦摆支座的竖向力发生变化,从而导致隔震层刚度中心偏移并可能使隔震层发生扭转.以一个摩擦摆隔震原型建筑的地震...     

带限位多层隔震结构抗震影响参数研究

高烈度地震下隔震层较大水平位移易造成碰撞或上部结构失稳倾覆,限位装置能够降低其倾覆概率。首先,对多自由度隔震结构设置带间隙弹簧限位装置动力学方程进行了讨论;其次,结合某4层隔震框架结构进行了限位方案设计,并针对限位间距(D)、限位刚度(K)取值范围进行了分析;最后,进行罕遇地震下带限位隔震结构数值计算,并结合顶层加速度峰值、层加速度、层位移、层剪力峰值等指标展开抗震性能对比分析。结果显示随着限位间距D减小、限位刚度K增加,限位效果提升但易造成上部结构响应发生突变,对隔震结构响应影响较大。当限位间距D与罕遇地震下隔震层位移Drar比值在[0.38,0.69]、限位刚度K与罕遇工况隔震层刚度Kh比值在(0,1)时限位效果较好,且降低了上部结构响应突变影响。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

带抗拉装置高层隔震结构振动台试验研究

西昌（9度区）某高层基础隔震结构,其上部为框架-核心筒结构,总高度为58.3m（不计入隔震层）,隔震层采用铅芯橡胶隔震支座。为研究该隔震结构的抗震性能及检验带抗拉装置隔震支座的有效性,进行了缩尺比为1/15模型的模拟地震振动台试验。结果表明,隔震层降低了上部结构的加速度反应,隔震层上加速度放大系数小于0.5,可满足抗震设防烈度降低一度的设计目标;隔震结构的位移集中在隔震层,上部结构的层间位移较小,层间位移角满足规范层间位移角限值要求;隔震层力-位移滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力。罕遇地震作用下,支座出现拉应力,说明隔震结构在高烈度地震作用下存在倾覆的可能性。对角部隔震支座加装抗拉装置后,再次进行振动台试验,结果表明,抗拉装置不会对结构水平向动力特性及支座在正常受压状态下的竖向运动和水平向运动产生显著影响,通过对比证明了其在隔震支座受拉情况下提供的有效抗拉作用。     

近断层地震作用下层间隔震结构弹簧软限位分析

近断层地震作用下,层间隔震结构隔震层会产生较大位移,易造成上部结构的侧向倾覆失稳或支座损坏。采用软碰撞限位器对隔震结构进行保护,利用有限元软件SAP2000对一栋8层钢筋混凝土框架结构输入罕遇烈度近断层地震波,分析隔震层设置在1层、4层、7层时隔震结构的限位动力响应,研究了软限位装置的预留距离、限位刚度对隔震层和结构动力响应的影响。     

基于弹塑性限位装置的基础隔震建筑地震碰撞行为

在近场速度脉冲型地震作用下,基础隔震建筑可能产生过大的支座变形,为了防止结构和隔震沟边缘产生刚性碰撞并对上部结构造成损伤,建议在隔震层高度用弹塑性限位装置来防止结构产生过大位移并实现一定程度的消能减震。提出了一组动力学方程,将建筑结构模型和Bouc-Wen单元串联,可以考虑隔震间隙的非线性动力响应。考虑了速度脉冲周期对结构响应的放大作用,根据弹塑性动力碰撞分析方程,以3组不同高度的钢框架结构基准模型为算例,计算了限位装置的弹性刚度和屈服力等因素对不同结构的弹塑性响应。结果表明：恰当选取用于碰撞限位的弹塑性限位装置的碰撞刚度与屈服力,既能有效限制隔震层的水平位移,上部结构也不会产生过大的反向动力响应,能够充分保护结构;在较易激发类共振效应的速度脉冲型地震动作用下,上部结构最大响应同弹塑性限位装置的弹性刚度与屈服力呈正相关性。     

水平竖向复合隔震墩减震性能试验研究

根据住宅的结构特点和基础隔震理论,设计了种新型三维隔震装置——水平竖向复合隔震墩,该隔震墩可以同时减弱水平地震作用和竖向地震作用对上部结构的影响。介绍了复合隔震墩的构造、工作原理,并以混凝土质量块代替刚度较大的上部结构,对复合隔震墩隔震体系模型进行了振动台模拟地震试验,试验结果表明复合隔震墩具有良好的三维隔震性能。     

基础隔震结构隔震层水平性能设计研究

对于基础隔震结构,隔震层的水平刚度和阻尼比是其减震效率的关键因素。以成都博物馆为工程实例,以试验得到橡胶隔震支座的力学性能参数为基础,建立隔震与非隔震结构有限元计算模型。在多遇地震作用工况下和罕遇地震作用工况下,隔震层水平刚度在0.25～2.0倍实际工程隔震层水平刚度范围内,阻尼比在5%～30%范围内,对比分析结构层加速度、总剪力及总倾覆力矩的减震效率变化趋势,以及减震效率与隔震层水平刚度和阻尼比之间的对应关系。基于对比分析结果,对采用叠层橡胶支座的基础隔震结构,提出了不同隔震目标下隔震层水平刚度和阻尼比的建议取值范围。     

设置阻尼负刚度系统的高层隔震结构地震响应分析

基于预压弹簧的变形受力特点设计了一种附带阻尼的负刚度系统，该系统通过预压弹簧的斜向变形出力可实现负刚度性能，并采用黏滞阻尼器提供阻尼性能。根据上述思想设计组装了负刚度模型装置并进行静力试验研究，基于试验结果提出了考虑弹簧刚度、弹簧长度、弹簧预压缩量的负刚度系统的力学模型，并进一步建立了负刚度隔震系统的动力分析模型，提出了负刚度装置的最优参数选取方法，指出了最优负刚度配比的选取由隔震支座的阻尼比决定。将所提出的负刚度系统应用于某高层隔震结构中并进行了动力分析，结果表明，附加负刚度系统不仅能够减小高层建筑在地震作用下上部结构的加速度响应、层间变形，而且可有效控制隔震层的位移响应，实现了在罕遇地震作用下同时降低上部结构的加速度响应和隔震层位移响应的目标。     

弹塑性缓冲限位与滞变-摩擦并联隔震体系参数分析

针对弹塑性缓冲限位与滞变-摩擦并联隔震体系,建立了隔震系统的恢复力模型和隔震体系的运动方程;根据缓冲限位装置的作用机理,定义了隔震层与缓冲限位装置软碰撞和脱离接触过程中的软碰撞拐点和恢复力拐点,给出了拐点时刻的缓冲限位装置位移和恢复力的计算公式,编制了相应隔震体系的非线性分析程序,分析了缓冲限位装置的缓冲限位距离、弹性刚度、屈服位移等关键参数对隔震体系的影响。研究表明：弹塑性缓冲限位距离的合理取值范围为60～100 mm;缓冲限位装置与滞变 摩擦隔震装置的设计参数完全相同,但缓冲限位装置的设置数量为滞变 摩擦隔震装置数量的一半;与仅滞变 摩擦隔震情况相比,并联隔震体系隔震层位移控制效果在30%以上;与无控情况相比,并联隔震体系的上部结构层间位移控制效果在40%以上。     

基于新抗规隔震结构两阶段设计法

隔震结构两阶段设计法包括简化估算和时程分析。简化估算阶段用于隔震方案的初步确定,将上部结构简化为单质点体系,估算结构的自重和自振周期,再通过预期的减震目标及反应谱,推算隔震后结构的周期,并据此得到隔震层刚度,从而初步选定隔震支座的数量。时程分析阶段用于施工图设计,最终确定和优化隔震支座的布置和参数。文中作者基于旧《抗规》已将其实现。新《抗规》对隔震支座刚度取值和安全储备系数作出了新的规定,文中也将上述方法进行了相应调整。     

结构新型半主动连续变刚度控制的研究

传统的变刚度控制系统可以有效地抑制结构在地震激励下的动力响应，但是，现有的变刚度装置仅能在很小的范围内改变结构的周期，而且也不利于抑制结构的加速度反应。为了克服这一局限性，提出了一种新型的半主动变刚度（ISAVS）控制系统，并通过数值模拟验证了它的有效性。     

高静低动刚度型三维隔震系统的#br# 力学性能和地震响应研究

文章提出一种具有高静低动刚度特性(High-Static-Low-Dynamic Stiffness, HSLD)的新型三维隔震系统,由能提供正刚度并具有较大承载能力的斜置橡胶支座和提供负刚度的负刚度装置构成,静载阶段主要由斜置支座提供较大刚度以控制静位移,动载阶段由正负刚度装置联合实现较小隔震刚度减小加速度响应,克服了传统三维隔震支座低隔震刚度与高承载能力的矛盾。进一步对斜置橡胶支座和负刚度装置进行变形分析,得到正负刚度装置力学模型和参数关系,并开展斜置橡胶支座和负刚度装置的静力试验,建立斜置橡胶支座和负刚度装置的理论力学模型。将所提出的HSLD隔震系统应用于建筑结构,通过分析不同水准地震下的结构动力响应,发现HSLD隔震系统适应不同水准抗震性能设计需求,整体结构的静载位移和地震响应均可得到有效控制。     

斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果

基于铅芯橡胶隔震支座的力学性能特点,研发了斜向滑动摩擦三维隔震装置。基于该三维隔震装置的组成构造和变形机理,提出了其竖向荷载-位移滞回模型,给出了各阶段支座刚度的计算公式。对三维隔震装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明：三维隔震支座在竖向具有变刚度特性,其滞回曲线饱满,不同加载速率和位移幅值下力学性能稳定;提出的滞回模型与试验结果基本吻合,可以有效模拟三维隔震装置的竖向滞回性能。通过三维隔震结构缩尺模型的振动台试验,认为三维隔震装置与传统水平隔震支座具有相当的水平隔震效果,同时可控制结构的竖向响应。     

结构半主动变刚度控制的研究

尽管已有的研究证明传统的变刚度控制系统可以有效地抑制结构在地震激励下动力响应,但是现有的变刚度装置仅能在很小的范围内改变结构的周期,而且也不利于抑制结构的加速度反应。为了克服这一局限性,本文提出了一种新型的半主动变刚度(ISAVS)控制系统,兼具基础隔震和传统变刚度控制的优点。基于作者提出的离复位控制策略,本文针对ISAVS系统进行了地震作用下的数值模拟,验证了它的可行性和有效性。     

Development of a nonlinear conical spring bracing system for framed structures subjected to dynamic load

In this study, a nonlinear conical spring bracing (NCSB) system that can be applied as a lateral resistance component in framed structures was developed to mitigate the vibration effects of earthquake and wind. The NCSB device consists of two solid telescopic conical springs attached to steel wire ropes. The application of NCSB in framed structures, particularly moment-resisting steel frame (MRSF), improves the seismic behavior of the frame because of the variable action of the NCSB device. NCSB stiffness is not considerable in the low to medium vibration range compared with structural stiffness. Therefore, the inherent ductility of MRSF is unaffected because of the addition of the NCSB device to the frame. However, with its large displacement value, NCSB stiffness increases and prevents excessive displacement in structures. A mathematical model of the NCSB device that considers the effect of cable stiffness is developed and implemented in program code. Furthermore, the seismic behavior of eight types of NCSB applications in frames subjected to different earthquake accelerations is evaluated in terms of displacement, velocity, and acceleration, as well as compared with bare and brace frames. Results reveal the reduction influences of the NCSB device on framed structures. The best geometric configuration for the NCSB system is also determined by using the proposed numerical analysis.     

联合扭剪共振柱扭矩系数标定的新方法

 利用联合扭剪共振柱对6个铝质标定棒进行一系列扭剪试验,系统研究扭剪频率、输入电压及试样抗扭刚度对扭矩系数的影响。研究结果表明,因电磁动力系统设计上的固有缺陷,该类仪器的扭矩系数随扭剪频率和输入电压的增大而微弱减小,随试样抗扭刚度的增大而显著增大。分析表明,采用厂家推荐的传统标定法的某一恒定扭矩系数进行剪切模量分析时,对于抗扭刚度最大的6#标定棒,测试结果明显偏低,误差达14%;而对于刚度最小的1#标定棒,则测试结果明显偏高,误差达25%。为此,提出一种可克服系统固有缺陷的新方法,将这类共振柱扭剪试验的试验误差控制在3%以内。     

大型土与结构相互作用恒刚度直剪试验装置研究

已有的土与结构接触面室内剪切试验多集中在恒荷载和恒位移加载条件下接触面力学特性的研究,而预制桩基础沉桩过程中桩土界面受力条件与恒刚度加载类似,即桩土界面法向应力随桩周土体法向位移是动态变化的。针对目前黏性土中桩土界面大型恒刚度的试验手段比较缺乏,自主设计研制了一种大型恒刚度直剪仪用于桩土界面力学特性的测试。该直剪仪考虑了桩周土体变形特点,剪切过程中桩土界面接触面面积始终保持不变,能够准确模拟桩土界面剪切试验;采用弹簧组加载系统和数控电机控制系统,法向可提供恒刚度边界条件,水平切向可按位移控制,能够实现桩土界面上直线和循环剪切的加载路径。试验结果表明:该直剪仪能够很好地再现黏性土中桩土界面在恒刚度加载条件下直线剪切的力学响应,为静压桩沉桩过程的桩土界面力学特性的研究提供了基础。