摩擦-弹簧水平隔震系统的模型与设计

为解决空间网格结构三维复合隔震的水平隔震问题,提出了一种摩擦-弹簧水平隔震装置.新开发的水平隔震系统依靠摩擦滑移隔震,由并联弹簧实现震后复位.针对隔震与复位,建立了装置的力学模型,通过目标隔震周期导出了摩擦系数与滑移幅值间的关系式,并依据滑移幅值确定了复位弹簧的刚度计算方法.同时依据力学模型,给出了水平隔震装置的设计方法.     

具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震性能研究

目前桥梁隔震技术的应用越来越广泛,但这一技术不可避免地会引起震后桥梁上下部结构之间残余位移过大的问题。为有效降低上部结构的惯性力传递至桥墩,使其具有良好的隔震能力,同时减小上部结构复位时的阻尼,增强其自复位能力,降低震后桥梁的修复费用,提出由一种新型自复位摩擦阻尼器和聚四氟乙烯滑板支座代替传统的隔震支座。该阻尼器当活塞向远离平衡位置方向移动时,具有较为稳定的摩擦力使其具有较好的耗能能力;当活塞向平衡位置方向移动时,不具有摩擦力,减小了摩擦力对复位力的消耗,提高了其自复位能力。采用柔性拉索将此阻尼器与桥梁的上下部结构相连,保证阻尼器只受拉且可实现上部结构相对桥墩的往复运动,形成自复位隔震桥梁体系。为验证该隔震桥梁体系的效果,利用OpenSees建立一座4跨连续梁桥模型,分别配置非隔震桥梁支座、铅芯橡胶支座和自复位摩擦阻尼器与聚四氟乙烯滑板支座联合工作的隔震体系,在横桥向输入地震动记录进行时程分析,考察3种桥梁结构的墩顶位移、墩梁相对位移和桥墩内力。结果表明：在相同地震作用下,自复位隔震桥梁体系相对于非隔震桥梁墩顶位移降低为原来的1/8,墩底剪力和墩底弯矩降为原来的约1/3;与配置铅芯橡胶支座的隔震桥梁体系相比,自复位隔震桥梁体系基本没有墩梁相对残余位移。以上说明提出的自复位摩擦阻尼器及具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震体系有较好的隔震和自复位能力。     

干摩擦条件下45钢摩擦性能研究

以45钢为对磨材料,采用止推圈式摩擦试验机测试了材料的摩擦系数,研究了载荷、转速及表面粗糙度等3个因素对材料的滑动摩擦性能的影响以及这3种因素对材料摩擦系数影响的权重.研究结果表明:摩擦系数随着载荷的增大而减小,随着转速的减小而减小;载荷、转速和表面粗糙度对摩擦系数影响的权重分别为0.57、0.36和0.07.     

DFPS摩擦盘与碟型弹簧组合隔震系统性能分析

根据多体动力学理论相对动能定理推求了DFPS滑移式摩擦摆与碟型弹簧组成的三维复合隔震系统动力反应分析计算公式,考虑了竖向振动与水平向振动的耦合作用.分析与计算结果表明:隔震系统在水平向与竖向都具备必要的隔震特性,即隔离能力与复位能力;依靠摩擦作用与结构自身阻尼可以消耗传入结构的能量.当滑道半径为1~2 m、滑动摩擦系数为0.01左右时,水平向隔震效率可达85%左右,在竖向也能有效减小受压层间位移与防止出现受拉层间位移,同时具有较好的消能效果与复位能力.这时滑道曲率对体系竖向振动的扰动很小,可不考虑水平向与竖向的耦合作用,各自单独计算.     

隔震结构震后复位能力研究

隔震技术是在上部结构与下部支承结构或基础之间设置隔震层,通过延长结构周期并增加阻尼的方式,减少地震能量向上部结构传输从而保护上部结构,是高烈度地区减轻地震灾害最有效的方式之一。由于隔震层的刚度较小,隔震结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震或强风作用下,隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求,但是变形结束后,隔震装置在某些地震作用下很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正常使用功能的中断,并且难以保证隔震装置在多次余震或未来地震中继续发挥作用,从而对社会经济的发展带来严重的影响。如何提升隔震支座变形后的复位能力,是隔震结构设计的关键问题之一。本文首先介绍了传统隔震支座在地震与强风作用下复位能力不足的表现,总结了当前设计规范中对隔震支座复位能力的规定,阐述了提升隔震支座变形后复位能力的方法。基于此,以超弹性形状记忆合金（SMA）良好的变形自恢复能力为基础,结合铅芯橡胶隔震支座（LRB）,提出了新型自复位隔震支座（SMA-LRB）。通过压剪往复加载试验,对比了传统LRB与SMA-LRB的力学行为。对基于不同规范限值的LRB以及SMA-LRB的单自由度体系进行非线性时程分析。结果表明,在满足规范设计的情况下,LRB隔震体系在震后仍可能出现较大的残余变形,而SMA-LRB隔震体系则表现出良好的震后复位能力。     

摩擦滑移水平隔震支座的性能试验

对一种新型的聚四氟乙烯板摩擦滑移水平隔震支座进行了性能试验,支座由聚四氟乙烯摩擦滑移装置隔震,而并联的水平弹簧使其在震后具有复位能力.试验测定了不锈钢板与聚四氟乙烯摩擦片间的摩擦系数及支座在简谐激励与地震激励下的滞回性能,并对竖向输入动压力时支座的滞回特征进行了测试.结果表明,滑移速度、竖向压力及地震激励的类别是影响摩擦系数与滞回性能的主要因素,为支座理论模型的建立提供了基础.     

组合式碟形弹簧竖向隔震支座的设计与性能试验研究

提出了一种新型组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB),研究了DSB的总负荷、总竖向刚度、总变形和总高度的计算方法.为研究DSB的竖向隔震效果,按此方法制作了一个承载力为5 t的DSB,并进行了性能试验.结果表明:提出的DSB的设计方法是合理且可行的,其具有高承载力、变刚度及高阻尼的特性,可以用于建筑结构竖向隔震.     

含立方非线性干摩擦滞迟弹簧支承转子系统的瞬态响应计算

提出了用扩阶的方法求解含立方非线性干摩擦滞迟弹簧支承传子系统瞬态响应的新途径，建立了相应的扩阶微分方程，在此基础上，通过数值分析，获得了一些有价值的结果。     

椭圆滑道RFPS摩擦摆与碟型弹簧组合隔震系统性能分析

根据拉格朗日方程推导出了椭圆滑道辊轴摩擦摆与碟型弹簧组成的三维复合隔震系统动力反应分析计算公式,考虑了竖向振动与水平向振动的耦合作用.分析与计算结果表明:隔震系统在水平向与竖向都具备必要的隔震特性,即隔离能力与复位能力;依靠摩擦作用与结构自身阻尼可以消耗传入结构的能量.当滑道长轴a=1.0m、短轴b=0.5m、滑动摩擦系数为0.01左右时,水平向隔震效率可达75%左右,在竖向也能有效减小受压层间位移与防止出现受拉层间位移,同时具有较好的消能效果与复位能力,这时滑道曲率对体系竖向振动的扰动很小,可不考虑水平向与竖向的耦合作用,各自单独计算.     

用于自复位支撑的槽孔摩擦板耗能器力学性能试验研究

为研究不同槽孔尺寸、摩擦板材料、垫片种类对自复位支撑中槽孔摩擦板耗能器力学性能的影响,对12组试件进行了低周往复试验研究.结果表明:相对标准孔钢摩擦板-槽孔钢摩擦板和标准孔碳纤维摩擦板-槽孔钢摩擦板,标准孔黄铜摩擦板-槽孔钢摩擦板组合耗能最稳定,适合工程应用;不同槽孔尺寸的槽孔摩擦板耗能器承载力相差不大,最大差值仅为2.27%;加载过程中高强螺栓预紧力平均损失为3.7%,摩擦系数平均损失为2.16%;槽孔摩擦板耗能器承载力(即稳定滑动摩擦力均值)与理论摩擦承载力比值为92.01%;碟形垫片可通过回弹适当减小摩擦力损失,建议工程中使用.给出了槽孔摩擦板耗能器用于自复位支撑时,其承载力计算公式,为工程实际应用提供参考.     

稳瞄系统中复位膜片弹簧的力学性能

通过对稳瞄装置中复位膜片弹簧力学特性的分析,得出作用在操纵机构手柄上的各种外加力矩,以复位膜片弹簧产生的作用力矩最为显著.仿真结果显示复位膜片弹簧对操纵手柄的力矩与操纵杆的角位移成正比,在由多簧片构成的稳瞄操纵结构中,仅有3个簧片起主导作用,其他簧片的作用较小,对操纵手柄的影响可以忽略.研究结果对于簧片参数的合理取值,改善稳瞄系统的操纵性能提供了指导性依据.     

组合隔震系统的隔震效果研究

在既有建筑的基础和上部结构之间增设隔震层,可以减小上部结构的地震反应,从而“间接”地提高建筑物的抗震能力.通过分析了某一建筑物,分别采用铅芯橡胶支座和组合隔震系统时(滑板与橡胶支座的比例分别为1∶6、1∶4和1∶3)的地震反应,并把它们与非隔震时的地震反应进行比较,研究了各种工况的隔震效果,分析了支座比例与减震系数之间的关系.研究结果表明:采用组合隔震系统加固既有建筑,能够减小上部结构的地震反应;而且在支座总数量中滑板支座比例越大,隔震效果越明显.     

车辆-钢轨-钢弹簧浮置板道床耦合系统振动特性分析

根据分析动力学原理,建立了列车-轨道结构耦合系统模型。采用ANSYS软件对系统进行了模态分析和谐响应分析,得到了系统的固有频率和振型。根据振动理论得到了地基反力和力传递率幅频特性曲线。以Sperling指标为依据,对乘车舒适度进行了评价分析。进一步研究了不同钢弹簧刚度和阻尼情况下,乘车舒适度和地基反力的变化规律。结果表明:钢弹簧刚度越大,乘车舒适性越好,传至地基的反力越大;钢弹簧阻尼越大,乘车舒适性越好,传至地基的反力也越小。     

板-柱结构抗震性能研究

目的研究板-柱结构的抗震性能,推广其在抗震区应用.方法采用三维实体单元建模,对柱网及柱截面尺寸相同的板-柱结构及框架结构进行pushover分析及非线性时程分析.结果通过pushover分析,得到了结构的基底剪力-顶点侧移关系曲线及能力曲线,构造了弹塑性反应谱并以此求出结构的目标位移,研究了结构的出铰机制,对比了各加载阶段的结构响应;通过非线性时程分析,给出了结构的基底剪力及顶点侧移时程曲线,塑性铰出铰及能量耗散情况,并将不同地震波激励下的结构侧移与pushover分析结果进行了对比.结论设计合理的板-柱结构可用于Ⅱ类场地7度抗震设防区.     

摩擦摆隔震结构等效粘滞阻尼比取值研究

假设摩擦摆支座力学特性为双线性滞回模型,运用173条天然地震波对7组摩擦系数及滑面半径进行完全正交组合后的共49个模型进行动力时程分析.首先,运用阻尼比的一个初值计算出动力方程中的最大位移值Dmax,将此位移值与粘滞阻尼比相对应位移D值的差值小于1mm作为收敛条件,以最大位移响应更新阻尼比后再代入动力方程迭代计算,直至符合收敛条件后得出相应的阻尼比数值.然后,用概率密度函数对不同地震时程对应的阻尼比数值进行拟合,采用极大似然估计的方法估计不同概率密度函数的参数,并通过Kolmogorov-Smirnov方法对各参数进行检验.最后,取概率密度函数的0.05分位值作为不同摩擦系数及曲率半径组合下的摩擦摆隔震结构的阻尼比数值.     

老化-荷载耦合作用下废旧叠层轮胎隔震垫隔震性能

为研究废旧叠层轮胎隔震垫(STP)在老化-荷载耦合下的隔震性能,选取几何尺寸为180 mmX180 mmX69 mm的6层STP,将其置于老化温度100 °C、荷载5 MPa的条件下进行77h、154h、231h、308 h的热空气加速老化试验.将完成加速劣化的叠层轮胎隔震垫进行墙下拟静力试验研究,深入分析老化时间、耦...     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

货车干摩擦阻尼的线性化研究

应用统计线性化和能量等效方法注解货车非线性阻尼的当量线性值，并计算分析了Ｃ６２Ａ型货车车体的垂向振动响应。分析结果表明统计线性化方法可用于求解货车非线性阻尼的当量线性值。     

退火温度对7022铝合金干摩擦性能的影响

对7022铝合金的不同温度退火试样进行干滑动摩擦磨损试验,用扫描电镜、显微硬度测试仪和三维形貌仪分析各试样的磨损机制.结果表明,退火温度对材料的显微硬度和摩擦磨损性能有明显影响,退火温度在200℃时,材料显微硬度和摩擦磨损性能最好,此温度下材料得到完全再结晶,且晶粒细化;摩擦磨损性能随着显微硬度的提高而减小.塑变磨损、磨粒磨损和疲劳磨损为7022铝合金的主要磨损机理.