摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究北大核心

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

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。     

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。     

某采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构设计与分析

对一个采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构工程案例进行详细的设计与分析。对比了结构计算软件中摩擦摆隔震支座单元的计算模型与实际摩擦摆隔震支座试验力学性能的差异以及带来的误差,分析了摩擦摆隔震支座隔震方案与叠层橡胶隔震支座隔震方案在设计中的异同点。结果表明:摩擦摆隔震支座的力学性能在现有结构计算软件中得到很好的模拟;摩擦摆隔震结构能够取得和叠层橡胶隔震支座相近的隔震效果,且不需要经过专门的隔震层刚心调整就能有效抑制隔震层的地震扭转反应;摩擦摆隔震支座的连接螺栓不会承受竖向拉力的作用,相关预埋件长度可以大大缩短,降低施工难度。     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

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。     

组合基础隔震系统地震反应分析

对组合基础隔震系统中叠层橡胶支座和滑板摩擦隔震支座的恢复力特点进行了研究 ,提出并分析了叠层橡胶支座的粘弹性模型和滑板摩擦隔震支座的粘刚塑性模型 ;即叠层橡胶支座采用弹性恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型 ;滑板摩擦隔震支座采用双线性库仑摩擦阻尼恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型。用提出的分析模型对振动台试验隔震房屋进行了三维非线性动力时程分析 ,并将分析结果和振动台试验结果进行了比较。结果表明所提出的分析模型不仅能有效预测上部结构的地震反应 ,而且分析和试验所得的隔震支座滞回曲线相似。     

山地掉层框架隔震结构振动台试验研究

在山地掉层结构的上、下接地层设置橡胶隔震支座,形成山地掉层隔震结构。为研究山地掉层隔震结构的抗震性能,对某8度抗震设防区掉2层1跨的7层钢筋混凝土框架结构以相似关系1∶10制作了振动台试验模型,通过在试验模型底部安装和拆卸橡胶支座的方法分别进行了掉层隔震与非隔震结构模型的振动台试验,对比分析了山地掉层隔震与非隔震结构模型宏观试验现象、频率变化、楼层加速度、楼层位移以及混凝土应变的区别。结果表明：与山地掉层非隔震结构相比,山地掉层隔震结构的扭转效应减小,地震响应得到有效控制,其抗震性能明显高于非隔震结构,且安全储备高;将隔震技术应用于山地掉层结构中是可行的。     

摩擦摆隔震框架结构振动台试验研究

摩擦摆是一种常见的隔震装置,将基础和上部结构隔开,在地震发生时起到保护上部结构的作用。为研究摩擦摆隔震结构在地震作用下的响应,设计一个4层框架抗震结构与一个隔震结构以及它们对应的缩尺模型,选择了2条天然地震动和1条人工地震动,分别对2个缩尺模型进行振动台试验。试验考察2个结构的动力特性、层位移响应、楼层加速度以及隔震层的响应。研究表明：摩擦摆具有良好的隔震能力,能显著降低层位移以及楼层加速度,降低的幅度超过50%。