FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析

FPS摩擦摆是一种新兴的隔震装置,具有良好的限位复位功能。本文将FPS摩擦摆置于基础与上部建筑之间的隔震层,成功地完成了5层框架的FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验,这也是我国进行的第一个运用FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验。试验结果分析表明:FPS摩擦摆隔震装置能够有效地延长上部建筑物的自振周期,减少地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显,不失为一种有效的隔震装置。     

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。     

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。     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究

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。     

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%。     

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。     

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。     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

FPS型TMD振动台试验模型设计及其减震效率仿真分析

为了对某钢框架进行减震控制,本文利用该钢框架的结构参数和动力特性,设计了FPS型TMD减震装置。然后用有限元软件SAP2000对该减震钢框架结构进行非线性动反应时程分析。分析结果表明:该装置具有显著的减震效果,能够有效地减小主结构的地震反应。为下一步的振动台试验和FPS型TMD减震装置的参数优化提供依据和参考。     

用ANSYS模拟任意层数框架结构的地震反应分析

运用有限元软件ANSYS对一特定的7层框架结构在水平地震作用下的受力进行了模拟计算,着重分析了实体模型的时程分析,得到了框架结构的动力特性和模拟地震反应,与实验室中1m×1m地震模拟振动台上的试验结果近似,可见用ANSYS软件可以模拟任意层数框架结构的地震反应。同时,介绍了框架结构运用ANSYS进行结构有限元分析的基本过程。     

网架屋盖考虑下部结构的摩擦摆隔震控制

摩擦摆(FPS)是一种具有球形滑动面的隔震装置,可用于保护大型工程结构免遭地震灾害的破坏。近年来,大空间建筑发展迅猛,为了提高其抗震性能,将FPS安装于网格屋盖与下部支承结构之间形成滑移隔震机制以降低结构的地震响应。针对某网架屋盖及其下部支承结构,开展了FPS滑移隔震研究。采用大型通用有限元软件ABAQUS,建立了整体结构的三维模型,模型中包括接触面单元和梁单元,能够反映结构的非线性行为。通过非线性时程分析,研究了考虑不同参数时FPS对于上述结构地震防护的可行性和有效性。     

Dynamic response of guyed masts

Natural frequencies of guyed masts were determined by modelling the mast as truss elements in one model and as beam-column elements in another model. Guys were modelled as cable elements in both cases. The natural frequencies from the two models agreed closely with each other. For the purpose of verification of the finite element modelling, two triangular steel latticed scale-modelled guyed masts were fabricated and tested on a shake table specially designed to test guyed masts. The experimental results were in good agreement with the results from the finite element analysis. The finite element modelling was then applied to six existing towers which are representative of the design practices in Canada. Based on the results of these analyses, the influence of ice accretion, guy initial tensions and torsion resistors on the dynamic characteristics of the guyed masts is discussed.     

风力发电塔系统TMD控制振动台试验研究

通过不同桨叶转速、不同地震动输入下的风力发电塔系统在TMD控制下的振动台对比试验,研究TMD对风力发电塔系统的控制效果及其影响因素;在试验的基础上,利用ANSYS软件对风力发电塔系统建模,对其在有无TMD控制下的地震反应进行有限元模拟,并与试验结果进行比较,得到与振动台试验相一致的结论。     

基于有限单元柔度法的钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析

本文基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元理论,编制了钢筋混凝土空间杆系结构非弹性动力分析程序。通过对一个退台六层钢筋混凝土空间框架振动台试验结果与数值模拟分析结果的对比,对基于非线性有限单元理论和纤维模型的空间杆系分析模型进行钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析的有效性进行了验证和评价。对地震振动台试验的模拟分析表明,纤维模型梁柱单元对中等以下损伤的结构地震反应具有很好的模拟能力,对于结构处于严重损伤的阶段,模拟所得的结构位移和损伤程度将会小于结构的实际位移和损伤程度,这可能是由于目前纤维模型梁柱单元尚不能考虑钢筋的粘结滑移以及将现浇楼板简单处理为刚性并未考虑楼板刚度实际会出现明显降低的现象所致。     

Seismic performance of raised floor system by shake‐table excitations

Damage of expensive equipment installed in the raised floor system of high‐tech fabs was often observed during past earthquakes in Taiwan. This resulted in a huge loss of manufacturing functions and properties for the high‐tech industry. Therefore, there is an urgent need to understand the dynamic characteristics of the raised floor system for future seismic protection. This paper explores the seismic performance of a raised floor system under shake‐table excitations. The raised floor used was a pedestal–stringer frame structure supporting the simulated equipment. This raised floor system was the typical system frequently used in semi‐conductor fabs of Taiwan. The input motions for the shake‐table tests were the waffle‐slab floor accelerations of a typical semi‐conductor fab to simulated ground motions. The ground motions were simulated according to the phase spectrum and the maximum potential earthquake of the site located at Hsin‐Chu Science Park, Taiwan. The dynamic characteristics of the raised floor system were studied and discussed. This study also employed the finite element package to carry out numerical simulation on seismic responses of raised floor systems. Comparison with the experimental data showed that the proposed simulation model achieved excellent performance. Finally, the effectiveness of base isolation for reducing the acceleration of the system was also studied. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.