考虑增设变刚度抗风支座的隔震结构减震分析

基本风压较大地区的隔震结构,隔震层抗风是设计难题。提出隔震层设置变刚度钢板抗风支座来减少铅芯支座数量并提高减震效果的方案。以实际工程为背景,设定结构水平向减震系数小于0.53,0.40和0.27的目标,以此建立三种对比的结构模型并进行时程分析。结果表明:采用隔震橡胶支座和变刚度抗风支座两者相结合的隔震层布置形式合理,达到降低结构地震响应、提高隔震效果和满足抗风设计的目标,但两者数量需要优化设计,进一步提出为保证结构正常使用,铅芯支座水平承载力设计值宜接近风荷载作用下隔震层水平剪力标准值。对抗风支座进行数值模拟和静载荷抗剪试验,结合结构模型时程分析,阐明了抗风支座变刚度的工作机理,表明了抗风支座在正常使用和小震作用条件下提供水平承载力,中震作用条件下屈服破坏退出工作,结构减震效果不变。     

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。     

基于近断层地震LRB桥梁支座屈服力优化

在近断层地震作用下,LRB桥梁的响应较大,为了降低LRB支座相对位移过大给桥梁结构带来的不利影响,对LRB支座的屈服力进行了优化研究。选用了典型的近断层地震波,对具有不同力学特性和支座参数的LRB桥梁进行了考虑隔震支座非线性的地震时程分析。根据LRB桥梁的响应结果,提出了以桥面加速度、墩顶位移、支座相对位移和铅芯直径为变量的LRB桥梁的整体响应函数。通过研究发现,可以优化LRB的屈服力,使得桥梁的整体响应降低,且支座的最优屈服力与桥墩频率相关     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。     

LRB支座疲劳温度力学试验及隔震结构地震响应影响分析

对直径为600mm和1100mm的LRB进行循环加载试验,试验结果表明支座在往复运动中产生疲劳温度效应,屈服力下降29%-34%。并进行LRB支座疲劳温度效应理论与试验结果对比,数据表明支座疲劳温度效应引起的支座温度变化量与初始屈服应力成正比,与支座高度成反比。进一步对12层LRB隔震结构在常温和极寒两种环境温度下选用远、近场和双峰值地震波对结构进行动力响应分析,结果表明在超设计0.8g地震作用下,考虑支座疲劳温度效应时,常温工况支座屈服力下降23.5%,极寒工况为19.4%;支座位移增大常温工况为5.8%,极寒工况为26.4%。两种工况下上部结构动力响应最大影响率为9.8%。实际地震的疲劳温度效应对支座力学性能的影响与静力试验80圈结果一致,在设计时应考虑极寒环境在超设计地震作用时支座位移增大带来隔震沟碰撞风险。     

带抗风支座的组合隔震体系隔震层布置优化及试验分析

风荷载较大地区的隔震结构设计存在隔震效果、抗风设计和隔震层位移受控难以协调的问题。提出增设抗风支座协同隔震支座的组合隔震体系,利用抗风支座变刚度工作机理解决设计难题。介绍了新型钢板抗风支座的构造,并以某实际工程为例,根据我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)将隔震后结构的水平地震作用归纳为比非隔震时降低半度、一度和一度半三个档次,建立三种对比隔震模型并进行计算分析,从而进行隔震层布置优化。分析结果表明:增设新型钢板抗风支座可以同时满足隔震效果、抗风承载力和隔震层位移受控的要求;提出隔震支座的水平承载力宜接近风载下隔震层水平剪力标准值,从而保证结构正常工作状态的建议;抗风支座设计应重点验算抗剪强度要求;抗风支座数值模拟和静载抗剪试验结果表明,其在正常使用和小震下提供抗剪承载力,中震下破坏退出工作,保证结构隔震效果。     

近断层脉冲型地震动作用下高层建筑组合隔震的减震性能研究

近断层地震动中的长周期、短持时、高能量的加速度脉冲将对长周期高层隔震结构的减震性能产生不利影响,尤其易使LRB(lead-rubber bearing)支座产生超限变形,导致在大的面压与位移共同作用下发生剪压破坏;此外,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。提出滑板支座、复位装置相结合的新型组合隔震系统,利用滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用。考察近断层脉冲型地震动作用下长周期高层隔震结构的地震响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR(sway-rocking)模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:近断层罕遇地震下LRB隔震系统因变形超限而失效;新型组合隔震系统能保证近断层脉冲型地震下隔震的有效性,且具有较为良好的减震性能,但相比普通地震动减震效果变差;对于Ⅲ,Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震体系的刚度弱化,致使层间位移角增大,且随着土质的变软增大的幅度也越明显。     

远场长周期地震下层间隔震结构的非线性减震分析

远场长周期地震动具有长持时、低频成份丰富等特征,部分地震动后期振动阶段产生多个循环脉冲,类似谐和振动;其可能对隔震建筑等长周期结构的抗震性能带来不利影响,需深入探讨。首先讨论远场长周期地震动的运动特征。然后以8条远场长周期地震与3条普通地震记录作为地震动输入,对一幢钢筋混凝土框架层间隔震结构进行了非线性地震反应分析。探讨地震波中的长周期成份,尤其类谐和成份对隔震结构减震性能的影响。提出在隔震层增设黏滞阻尼器,形成组合隔震方案;分析其对隔震层的限位保护效果与对隔震结构的非线性减震效果。结果表明:远场长周期地震作用下层间隔震结构的减震效果相比普通地震作用下的减震效果变差。特别在远场类谐和罕遇地震作用下,层间隔震结构的非线性响应相比抗震结构几乎无减小,甚至显著放大;隔震支座最大位移远超越其允许位移。组合隔震能较有效地控制远场长周期地震、特别是远场类谐和地震作用下隔震结构的非线性反应,尤其可显著减小隔震支座的最大位移,防止隔震支座破坏。     

近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析EI北大核心CSCD

该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。     

近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析

该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。     

不同层隔震结构在近断层地震作用下动力响应分析

选用天然橡胶支座(LNR)与铅芯橡胶支座(LRB)作为两栋8层钢筋混凝土结构的隔震装置,对其分别输入172条近断层地震波,计算隔震层设置在基础或以上每一层时隔震结构的动力响应,分析近断层地震动对不同层隔震结构动力响应的影响。分析结果表明：隔震结构输入能量小于非隔震结构输入能量,LRB隔震结构的输入能量小于LNR隔震结构的输入能量;随着隔震层的上移,隔震支座位移减小,顶层最大加速度增大。近断层地震动特征参数与不同层隔震结构动力响应参数均存在相关性,但相关程度不同。隔震结构设计要根据建筑结构动力响应的需求,同时考虑隔震层位置与地震动特征参数的影响。     

基于结构设计的LRB基础隔震结构水平向减震系数研究

现行的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关,但对于两者之间的变化规律所开展的研究较少。该文以目前国内外最为普遍的LRB基础隔震结构为研究对象,通过等效线性化和振型分解反应谱方法,建立起了LRB隔震系统力学性能参数和上部结构地震作用的水平向减震系数之间的数学关系式以及计算方法,提供给工程设计人员用于基础隔震结构的初步设计过程之中。通过参数研究发现:上部结构自振周期小于0.6s,可以实现隔震后上部结构的水平地震作用比非隔震时降低一度半,上部结构自振周期介于0.6s~1.0s之间,可以实现降低一度,上部结构自振周期大于1.0s,最多可以实现降低半度。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

极低温度下LRB力学性能及对高层结构地震响应的影响

摘 要：研究极低气温（﹣40℃）下温度变化对隔震结构中铅芯橡胶支座力学性能的影响及其力学性能变化特征,及﹣40℃至40℃区间支座的温度相关性。选用直径为600 mm的原型铅芯橡胶支座,采用电液伺服加载系统完成剪切应变为100%情况不同恒定温度下的低周反复加载试验。发现支座在极低温度下的力学性能与常温下的力学性能差异显著。提出铅芯橡胶支座屈服后刚度与屈服荷载的温度修正方程,及隔震结构设计中铅芯橡胶支座基于温度的力学参数取值建议。给出考虑温度影响的隔震结构地震反应影响算例,分析结果表明温度对强震下隔震结构的隔震层位移、上部结构层间剪力以及上部结构顶层的加速度响应影响显著。     

中间隔震层位置变化对混合被动控制体系控制效果影响的试验研究

提出了一种分段隔震结构与相邻结构连接耗能的新型混合被动控制体系。与单一的减隔震体系相比,这种新体系将隔震与阻尼器耗能结合在一起,对不同频域地震动具有较强的鲁棒性。通过振动台试验输入不同频域的地震动,研究了分段隔震结构中间隔震层位置变化对隔震效果的影响。最后将有限元数值模拟与试验结果进行了对比。研究表明：长周期地震波对隔震结构的位移、加速度的影响相较于其他频域地震动更为显著,会使隔震支座超限的可能性增大;中间隔震层位于结构竖向靠中部位置时结构整体动力响应最小;混合被动控制体系可以有效解决高层减隔震结构目前所存在的位移超限、结构整体倾覆等问题,对不同频域地震波激励下的结构响应均有更为优越的控制效果。     

沈阳地铁车辆段上盖双子楼隔震性能的振动台试验研究

模拟地震振动台试验是研究地震作用下结构性能的重要试验手段,相比拟静力、拟动力试验各具优势和特色。为了验证沈阳地铁车辆段上盖双子楼结构的隔震性能,根据相似理论设计结构模型,开展了模拟地震振动台试验研究。试验表明:小比例振动台模型存在尺寸效应,但宏观破坏现象足可反映结构薄弱部位和破坏机制;结构模型在双向地震作用下主要以双子楼平动为主,扭转振动不明显;随着隔震上部结构损伤积累,在7.5度地震作用下模型结构发生显著损坏,隔震支座发生不可恢复变形,顶部机顶房柱端开裂;试验验证了隔震后的建筑可满足规范设防要求。     

摩擦摆支座在地下地铁车站结构中的减震效果研究

基于阪神地震中大开地铁车站的破坏模式与成灾机理,借鉴地面建筑结构的减隔震设计理念,提出在地铁车站中柱顶部设置摩擦摆支座形成新型减震结构体系。通过建立土-地下结构整体二维数值分析模型,运用整体动力时程分析方法对比研究了摩擦摆支座不同滑道半径和不同摩擦系数工况下减震结构与原型结构在结构变形和截面内力等动力响应的差异。结果表明:柱端设置摩擦摆支座使得结构整体抗侧刚度减小,结构的水平变形呈现小幅增大趋势。当摩擦摆支座的滑道半径越大、摩擦系数越小时,中柱变形、剪力和弯矩值较原型结构均有大幅的减小。     

基于FEMA P-58的RC框架结构抗震及减隔震性能评估

该文采用FEMA P-58理论进行RC框架结构抗震及减隔震性能评估。设计了一栋典型多层RC框架结构,并在此基础上添加屈曲约束支撑以及隔震支座形成BRB-框架结构与隔震框架结构,采用OpenSees软件建立了3个结构的有限元模型,选取合适的地震动记录并调幅,对三个结构进行了非线性结构响应分析。针对多遇地震、基本地震、罕遇地震、极罕遇地震4个地震动强度,使用FEMA P-58理论中基于强度的方法,对三个结构在四个地震强度下进行性能评估,并针对各性能指标的评估结果进行对比分析。地震损失评估结果显示,采用隔震框架结构与BRB-框架结构可以有效降低建筑物在地震作用下的维修成本与维修时间。与普通框架相比,在罕遇地震作用下隔震结构的维修成本与维修时间可降低65%与58%,BRB-支撑框架结构可降低47%与34%。     

考虑双向耦合非线性的LRB隔震桥梁地震反应分析

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先建立了模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向耦合弹塑性恢复力模型,这一双向耦合弹塑性模型中的单向力和变形关系的骨架曲线为双线性。在此基础上,提出了一种双向水平地震激励下多跨连续LRB隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并对考虑和忽略LRB支座恢复力的双向耦合作用时隔震桥梁的非线性地震反应进行了算例比较分析。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震反应有重要影响,如果忽略这些相互作用的影响,支座位移的峰值将被低估,这对隔震桥梁设计是不利的。