隔震支座拉压刚度比对高层隔震结构抗倾覆性能影响研究

本文针对某实际高层隔震结构,对比分析了考虑重力荷载与地震非线性组合与传统线性组合情况下,5种不同拉压刚度比对罕遇地震作用下支座最大拉应力、最大压应力和最大位移的影响,同时在考虑非线性组合的前提下,对比了不同结构高度下,不同支座拉压刚度比对三个抗倾覆性能指标的影响。分析结果表明:1相对于线性组合的分析方法,非线性组合下,支座拉压刚度比的变化对于三个抗倾覆性能指标影响不显著;2结构高度增加,拉压刚度比的变化对隔震层中受拉最不利位置支座的拉应力计算结果差异性影响降低;3非线性组合下,随着拉压刚度比的增加,受拉最不利支座的拉应力也相应增加,基于工程设计安全富余的考虑,建议在非线性组合时隔震支座拉压刚度比采用1/5进行设计。     

考虑隔震支座竖向变形对基础隔震剪力墙结构的抗侧刚度影响研究

与普通抗震结构不同,由于隔震支座会发生竖向变形,基础隔震结构在地震作用下将会发生一定的刚体转动,进而影响上部结构的侧向刚度,而这种刚体转动在剪力墙结构中表现得尤为明显。采用ABAQUS有限元分析软件对基础隔震双肢剪力墙结构进行了非线性有限元数值模拟计算,建立30个有限元模型,通过改变隔震支座拉压刚度比值、墙体轴压比、高宽比,对比分析了隔震支座竖向变形引起的隔震层转动对双肢剪力墙隔震结构抗震性能的影响。结果表明:增大隔震支座拉压刚度比与轴压比、减小剪力墙高宽比可以减小隔震支座竖向变形引起的上部结构转动;由于上部结构转动的影响,隔震上部结构抗侧刚度明显低于相同条件抗震结构,在工程设计中应引起重视。     

北京化工大学高精尖创新中心隔震设计

北京化工大学高精尖创新中心地上部分主要建筑功能为实验室及办公室。主体结构地上10层,结构高度为43.2m,地上结构体系为框架-剪力墙结构。为保证上部实验室仪器的安全及精密性,并防止地震作用下危险化学物品带来的二次灾害,本建筑采用隔震设计。隔震层由铅芯橡胶支座、普通橡胶支座、滑动支座组合而成。在±0m位置处设置橡胶隔震支座,在电梯核心筒处基础顶面设置滑动支座,并在隔震支座下支柱顶设置拉梁。主要阐述框架-剪力墙结构隔震设计的关键及难点问题,重点研究罕遇地震下支座最大拉应力计算分析、隔震支墩设计、核心筒底板滑动支座布置方法等。分析结果表明,采用拉压刚度双线性模型来模拟支座竖向刚度,能够真实地反映大震作用下支座的拉应力状态。     

不同维数地震动输入下隔震支座拉压刚度比研究

传统的隔震分析大都是基于一维和二维地震动进行的,很少考虑三维地震动的作用。且对于不同维数地震动输入下,拉压刚度比对隔震支座面压的影响也缺乏系统的研究。本文对8度区的某高层隔震结构进行了时程分析,首先在拉压刚度比不变的情况下,对比研究了地震动输入维数对隔震支座面压的影响。然后以地震动输入维数为定量,拉压刚度比为变量,对隔震支座面压的变化情况和变化规律进行了分析。研究发现,拉压刚度比不变时,随着地震动输入维数的增加,隔震支座的压应力和拉应力均呈现逐渐增大的趋势。相同维数地震动输入下,拉压刚度比对隔震支座的拉应力影响较大,但对压应力影响很小,且拉压刚度比相同时,隔震支座的拉应力远超过规范值。     

高层隔震结构提离摇摆耦合理论模型及振动台试验验证

基于受力及变形方程的微分求解给出高层隔震结构考虑支座水平及竖向刚度衰减规律和结构摇摆效应的耦合动力理论模型,并给出摇摆角、压应力及剪应变对隔震层水平及竖向的力学性质影响规律。对高宽比为5及25的隔震结构进行振动台试验研究,试验结果表明大高宽比隔震结构动力特性出现明显振型二阶效应,地震动作用下大高宽比结构隔震层摇摆角响应比小高宽比结构大,在输入地震动峰值06g时两者差值达到5倍以上,且大高宽比结构出现明显的支座受拉现象。对隔震层水平、竖向及摇摆响应的理论计算值和试验实测值进行对比,结果表明理论和试验结果较为一致。进一步分析4种高宽比隔震结构的摇摆角响应,得到摇摆角随高宽比增加而增大的结果。大高宽比隔震结构更易产生摇摆响应,隔震层的摇摆角不可忽视,因此高层结构在隔震设计中应考虑隔震层的摇摆响应和支座受拉的情况。     

考虑橡胶支座拉压刚度不同取值对隔震效果的影响研究

目前,国内外在隔震结构分析计算中,隔震支座竖向刚度采用拉、压刚度相等的力学模型。但是大量的研究和试验表明,隔震支座的抗拉刚度只有抗压刚度的1/5~1/10。采用目前隔震支座模型计算时,必然会过大地计算隔震支座的抗拉刚度,并且放大了隔震支座的拉应力,不利于高层隔震结构的发展。为此,本文提出将一个橡胶隔震支座单元和一个间隙单元并联来模拟橡胶支座,能真实反映隔震支座的力学性能。算例分析结果表明,采用新模型的隔震结构支座没有出现拉应力,而其他力学指标相同。该力学模型可以应用到隔震结构的时程分析中,有利于高层、塔型等大高宽比隔震结构的发展。     

隔震支座弯剪耦合及二阶效应的影响研究

按照《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定,隔震层下部结构的承载力验算,应考虑上部结构传来的轴力、弯矩、水平剪力以及由隔震层水平变形产生的附加弯矩。从Timoshenko梁单元刚度矩阵出发,推导了考虑弯剪耦合的连接单元刚度矩阵及非线性内力算法;开发了考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元,通过典型算例分析了弯剪耦合及二阶效应对支墩弯矩的影响。以实际隔震结构为例,分析了隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座相连构件内力、配筋及结构整体指标的影响。结果表明,考虑隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座上支墩、下支墩及与其相连梁的内力及配筋影响显著,但对隔震结构层间位移角、层间剪力及隔震支座耗能的影响较小。在进行隔震层设计时,建议采用考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元进行隔震层的直接分析设计。     

隔震结构高宽比及支座竖向力分析

采用基于一阶振型的简化设计方法,推导出竖向地震、水平地震、重力荷载下支座竖向力计算公式,得出边支座拉应力和压应力的控制荷载组合,并讨论了支座竖向力、结构周期、场地类别、设防烈度、支座布置对隔震结构高宽比限值的影响。结果表明：(1)减少宽度方向的支座排数,可以降低罕遇地震下隔震结构支座拉应力;(2)重力荷载下支座压应力小于某界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下拉应力控制;大于界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下压应力控制,该界限点与特征周期以及上部结构特性相关;(3)隔震结构周期变长,高宽比限值会相应提高,合理选择隔震层刚度,可以将隔震技术用于高宽比较大的建筑。     

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.     

大底盘RC框剪层间隔震结构的地震失效模式分析

为了考察底盘抗侧移刚度变化对大底盘RC框剪层间隔震结构地震失效模式的影响,采用有限元分析软件Perform-3D建立底盘层高不同而构件尺寸和材料强度不变的3种大底盘RC框剪隔震结构弹塑性模型,通过增量动力分析法,对比分析三种隔震模型的隔震层最大水平位移、最大弹塑性层间位移角及隔震支座最大拉和压应力的IDA曲线。结果表明,当PGA较大时,随着底盘抗侧移刚度的减小,隔震支座最大压应力和底盘的弹塑性层间位移角均增大,并且两者对大底盘层间隔震结构的破坏失效起控制作用。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

隔震橡胶支座拉压刚度在软件模拟单元的研究

隔震橡胶支座受拉是隔震结构的隔震层设计的非常重要的控制参数,本文通过etabs2013分析软件中Isolator1单元和Gap单元并联来模拟隔震橡胶支座,更真实反映隔震橡胶支座的竖向力学性能。本研究通过某一实际工程模型运算,根据支座拉压刚度分配Isolator1单元刚度和Gap单元刚度,分析数据显示新模型的隔震结构Isolator1单元拉应力明显减小,而其他水平性能指标不变。结果表明,该工程并联连接单元验算方法可以应用到隔震结构时程分析中。为实际工程分析提供了一定价值的参考。     

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。     

玉溪公租房隔震设计

玉溪公租房高度为94.7m,最大高宽比为3.96。上部结构为剪力墙结构,设计时采用布置长剪力墙的方法,有效提高了上部结构刚度,结构自振周期减小到1.536s,同时隔震层布置剪切模量较低的隔震橡胶支座,隔震后结构自振周期延长至4.412s。隔震层设计成框支层,隔震支墩分布均匀,隔震橡胶支座压应力更加均匀,提高了隔震橡胶支座的使用效率,也提高了地下室结构柱网的规则性,提升了地下室的使用功能。通过采用直径1 000mm及以上隔震橡胶支座,提高了隔震设计的可靠度。使用三向地震动输入进行隔震分析,实现将上部结构水平地震作用降低50%的效果,各项指标均满足规范要求。通过插值法计算最小地震剪力系数,使得结构经济性进一步得到优化。     

北安河车辆段联合检修库A1区隔震设计

项目底盘结构和上部剪力墙结构采用隔震层相连,形成高位转换且上下刚度相差大的结构体系。介绍层间隔震设计特点及采取的构造和加强措施,并对底盘结构进行动力弹塑性分析,计算减震系数并验算橡胶支座拉压应力及变形,研究底盘结构在大震下的受力特点和抗震性能,结果表明,主体结构能满足各项设计性能指标要求。     

村镇建筑叠层轮胎隔震支座竖向力学性能试验研究

提出一种利用废旧轮胎的新型村镇建筑简易隔震结构,该结构利用叠层轮胎片制成隔震支座,配合两层齿型圈梁作为房屋隔震层进行隔震。对平面尺寸为180mm×180mm的叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数下竖向极限承载力试验,发现支座竖向极限压应力离散性较大,取下包络线得到,叠层轮胎隔震支座竖向压应力为9MPa。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向压缩刚度试验,分析得到,随叠层层数自4层增至8层,竖向压缩刚度最高下降53.58%;随设计压应力从3MPa增至6MPa,竖向压缩刚度最高上升80.19%。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向变形性能试验,发现各支座第1次循环竖向刚度较其他循环小,其余循环下支座竖向刚度稳定,变化量小于1%。分析得到该结构竖向力学性能稳定,隔震效果良好,适合我国广大村镇建筑。     

某教学楼结构隔震设计及分析

以某教学楼结构设计为例,采用基础隔震技术,在上部结构与基础之间设置由橡胶支座和阻尼器组成的隔震层,以改变结构体系振动特性。采用分部计算方法,通过ETABS软件Rubber Isolator+gap单元模拟隔震支座,进行隔震分析。计算结果表明：结构采用基础隔震后,结构地震响应明显降低,隔震后上部结构水平地震作用可降低1度;罕遇地震作用下支座拉应力最大值<1.0 MPa,说明结构质心和刚心相距较小,没有发生倾覆的趋势;支座压应力最大值为14 MPa,远<30 MPa,该工程的隔震支座布置合理,安全性较好。     

2022年泸定地震某隔震建筑铅芯橡胶支座地震反应分析

在2022年9月5日四川泸定6.8级地震中,位于震中附近的一栋地上4层的隔震建筑的隔震层正常发挥作用,上部结构和非结构构件均基本完好,但是隔震层中的铅芯橡胶支座、排水管线和隔震缝附属非结构构件等均发生了不同程度的破坏。在介绍该建筑主要震害的基础上,通过基于简化分析模型和邻近烈度仪实际强震记录的非线性地震反应分析,推测该建筑的地震反应,并重点考察铅芯橡胶支座的竖向应力在地震中可能发生的变化。结果表明,尽管该场地附近的强震记录表现出明显的近断层脉冲特性,但在其作用下,该建筑上部结构的最大层间位移角小于设防地震下混凝土框架结构1/400的限值,隔震层也有效地减小了上部结构的楼面水平加速度反应。受比较显著的竖向地震作用影响,绝大多数隔震支座均可能短暂地处于拉剪耦合受力状态,但其最大拉应力水平远低于根据既有试验得到的相应水平剪应变下的极限拉应力。该建筑隔震层中橡胶隔震支座的大量破坏不能简单地归因于竖向地震作用。