水平,竖向双向地震作用下隔震结构的水平地震反应分析

本文以具有FPS(Friction Pendulum System)隔震系统的多层剪切型结构为分析模型,在假定上部结构竖向振动刚度为无穷大的基础上,推导和建立了水平、竖向双向地震作用下结构的水平振动方程及状态转换条件并通过时程计算说明了FPS的隔震效果。     

竖向刚度对FPS滑移摩擦摆系统隔震性能影响研究

根据多体动力学理论相对动能定理推求了FPS滑移式摩擦摆隔震系统动力反应分析计算公式,并考虑了竖向弹性振动的影响。分析与计算结果表明:FPS滑移摩擦摆具有隔震系统所必需的特性。较长的自振周期使其具有必要的隔震能力;依靠重力可以使结构复位。依靠滑块与滑道接触面的滑动摩擦阻力可以消耗传入结构的能量。适当地选取滑道半径与滚动摩擦系数值,隔震效率可达90%左右。当滑道半径为2m～3m、滑动摩擦系数为0.01左右时,隔震系统具有较好的消能效果与复位能力。在通常实用的滑动摩擦系数范围内,当竖向层间刚度系数为水平层间刚度系数的10倍以上时,可以不考虑竖向振动对水平方向隔震效果的影响。     

大跨度钢桁架隔震结构隔震性能及影响规律分析

由于大跨空间结构竖向振动问题突出,水平隔震支座难以有效控制结构的竖向地震响应。将摩擦摆水平隔震支座和空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨度钢桁架中,分析钢桁架水平隔震结构和三维隔震结构的隔震控制效果。结果表明,水平隔震和三维隔震均延长了结构自振周期,隔震后一阶振型为上部桁架结构沿水平方向的整体平动。时程分析显示,在普通地震动、近断层脉冲型地震动和远场长周期地震动作用下,水平隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.4%和9.2%,三维隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.8%和24.4%,水平隔震支座和三维隔震支座对桁架峰值等效应力的平均隔震率分别为4.2%和17.7%。水平隔震支座和三维隔震支座对桁架水平地震响应控制效果基本相同,三维隔震支座对结构的竖向地震响应控制效果更好。     

FPS摩擦摆与碟型弹簧组合隔震系统性能分析研究

根据多体动力学理论相对动能定理推求了FPS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.当滑道半径为1～2m、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。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。     

FPS隔震底框住宅楼的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构非线性振动微分方程,通过数值模拟分析了摩擦摆隔震系统对结构最大地震响应的影响。结果表明,经过合理设计的摩擦摆系统能够显著改善上部结构的地震反应,并有效控制底部钢筋混凝土框架的水平侧移,从而具有良好的隔震性能。     

碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置力学性能及隔震(振)效果研究

碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置(3DFPS)由碟簧竖向隔振单元和单摩擦摆水平隔震单元组成,可以实现环境激励工况下建筑结构的竖向隔振与地震工况下的水平隔震。为了研究3DFPS的力学性能及隔震(振)效果,制作了足尺的3DFPS试件,并对其进行压剪试验。结果表明：3DFPS的竖向性能与水平向性能相互独立,竖向隔振单元与水平隔震单元可独立设计;通过在叠合碟簧间加入0.03mm聚四氟乙烯(PTFE)薄膜可以减小碟簧间摩擦,使小位移下的循环加载刚度更接近大位移下的单调加载刚度。对采用3DFPS和固接到地面的平面框架结构进行有限元弹性时程分析,研究此装置在水平地震与竖向地铁振动激励下的隔震(振)效果。结果表明：三维隔震(振)装置可使水平地震下结构响应减少80%以上,使地铁振动激励下楼面竖向加速度响应减小61%;碟簧竖向压缩变形对结构在水平地震下的响应没有明显的影响。     

新型自复位三维隔震结构动力响应数值模拟分析

针对常规水平隔震结构竖向加速度被放大、钢弹簧三维隔震支座抗拉能力差且易发生提离失效等问题,研发新型自复位抗拉三维隔震支座,使结构具有三维隔震能力,防止支座发生提离失效。通过有限元分析软件SAP2000建立采用叠层橡胶隔震支座的常规水平隔震结构模型和采用新型自复位抗拉三维隔震支座的三维隔震结构模型,并对比分析不同地震波作用下的结构动力响应。研究结果表明,常规水平隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,但竖向加速度响应相对于地面显著增大;三维隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,竖向加速度响应相对于地面未出现显著放大现象;在地面峰值加速度为0.6g的工况下,常规水平隔震结构隔震支座进入受拉状态,但三维隔震结构隔震支座一直处于受压状态。     

基础隔震结构在近断层水平-竖向地震联合作用下的动力响应

隔震结构在中远场常规地震作用下表现良好,而在近断层地震作用下,其隔震效果可能有所降低。一方面,由于近断层地震水平分量富含长周期速度脉冲,隔震支座可能发生较大水平位移;另一方面,近断层地震竖向加速度峰值较大,会导致隔震支座竖向力发生较大变化,使其水平刚度有所降低,严重时发生屈曲失稳,或者受拉破坏。考虑到隔震结构是由隔震支座和上部结构串联而成,隔震支座的动力响应和破坏模式将直接影响上部结构动力响应,所以,本文在ABAQUS软件中建立隔震结构非线性有限元模型,使用Koh-Kelly力学模型考虑隔震支座水平和竖向力学性能的相互耦合,进行隔震结构在近断层水平–竖向地震联合作用下的动力响应分析,评估不同隔震层参数对隔震结构动力响应的影响。     

三维隔震振动台试验研究

震中大分量水平与竖向地震作用导致大量建筑结构破坏。目前,隔震系统仅能减小水平地震作用,而三维隔震系统可有效控制结构的竖向和水平反应而减轻地震灾害。由于三维隔震系统竖向和水平自振频率低,三维地震作用下,结构摇摆反应难以控制。为解决这一难题,设计了一种新型的三维隔震系统,该系统包括水平隔震层和竖向隔震层,抗摇摆装置安装在竖向隔震层中用于控制结构摇摆反应。为验证该三维隔震系统性能,对二层钢框架结构模型进行了振动台试验研究。振动台试验结果表明,三维隔震技术能有效减小上部结构响应,并大大提高建筑结构的抗震安全性。     

Dynamic model and parametric analysis of high-rise isolation structure under rectangular pulse excitation

判别高层结构所处的摇摆状态是分析地震作用时隔震层是否处于安全状态以及结构是否处于稳定状态的重要基础。根据隔震层橡胶支座的竖向变形计算结果，将高层隔震结构的摇摆状态分为未提离、提离、摇摆、倾覆状态，提出了基于简化刚体模型的提离摇摆状态分类方法。通过分析矩形激励下竖向屈重比、水平屈重比、竖向周期、水平周期、高宽比、激励幅值系数、激励频率比等参数对高层隔震结构摇摆响应的影响，得到了高层隔震结构未提离、提离、摇摆的界限谱以及主要参数对界限谱的影响规律，进一步分析了高层隔震结构倾覆状态与激励幅值、频率比之间的关系。研究结果表明：摇摆响应随竖向屈重比、水平屈重比、激励频率比的增大而减小，其中水平屈重比的影响最大；摇摆响应随激励幅值系数、竖向周期、水平周期及高宽比的增大而增大，摇摆响应较小时高宽比的影响最大，摇摆响应较大时竖向周期的影响最大，控制摇摆响应的最有利措施是增大水平屈重比、减小高宽比和竖向周期；对提离界限影响程度从大到小的顺序为高宽比、水平屈重比、竖向周期、竖向屈重比、水平周期，对摇摆界限影响程度从大到小依次为竖向周期、水平屈重比、高宽比、水平周期、竖向屈重比；结构倾覆与激励幅值系数、激励输入时间呈正相关。     

摩擦摆隔震结构的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构的振动微分方程，进一步研究了该系统的振动形态。通过改变摩擦摆的摩擦系数和滑道半径，分析二者对结构隔震效果的影响。结果说明：摩擦系数对结构层间位移、基底剪力以及基底滑移量均有较大的影响；滑道半径对基底滑移量有较大影响，但对层间位移和基底剪力影响不大。     

FPS型TMD控震效应分析

基于FPS(FrictionPendulumSystem)型TMD(TurnedMassDamper)控制的多层剪切型结构振动微分方程 ,通过时程计算分析了FPS型TMD控震响应规律。结果表明 ,合理设计的FPS型TMD控振系统可以改善结构的振动响应     

摩擦摆隔震支座在网壳结构中多尺度模型分析

为研究摩擦摆隔震支座在网壳中的隔震特性和局部受力特性,利用ABAQUS有限元软件建立摩擦摆支座的实体模型,并将其应用于网壳结构,建立网壳结构的多尺度模型,并对该多尺度模型进行动力分析。分析表明摩擦摆隔震支座的加入可以有效的延长结构低阶振型的自振周期,而对结构的高阶振型的自振周期影响很小。通过对网壳结构输入单向地震波,探讨不同地震动输入强度下摩擦摆支座水平刚度变化对网壳节点加速度峰值、节点位移峰值及杆件轴力的影响。研究表明随着地震强度增加,摩擦摆隔震支座的水平刚度变化对网壳隔震响应影响越显著。在强震作用下摩擦摆隔震支座发生局部破坏,但不影响整体模型的多尺度分析。     

摩擦摆隔震支座在储液罐隔震的应用

由于储液罐类结构的特殊性,它的抗震问题一直没能得到很好解决。近些年,在国外特别是地震高发区,采用FPS摩擦摆动支座在工业用存储罐隔震方面获得了较大推广,并取得了非常好的减震效果。以Haroun-Housner模型提出的理论为基础,针对某附加摩擦摆支座的储罐结构进行了抗震分析。计算分析表明:FPS支座对于减少储罐结构的地震反应作用非常明显,FPS支座在极温变化下性能仍然十分稳定,特别是对于高寒地区,可以替代低温性能不稳定的铅芯隔震支座。     

设置FPS质量调谐阻尼器减振效果分析研究

根据拉格朗日方程推导了结构设置FPS调谐质量系统地震动力反应分析计算公式,并考虑了接触面滞滑效应的影响。分析与计算结果表明:设置质量调谐系统之后,结构动力反应层间位移有所减小。当接触面滑动摩擦系数为0.15左右、滑道半径为0.7 m、调谐附加质量为楼层质量的1.4倍以上时,质量调谐系统具有较好的减振效果、消能效果与复位能力。     

Response of vibration-isolated object to ground motions with intense vertical accelerations

This paper reports the results of shaking table tests performed to assess the response of an object placed on a vibration isolator to intense ground motions whose peak accelerations are close to or over the gravity acceleration in both vertical and horizontal directions. The passive vertical and horizontal vibration isolator, developed by the authors, has rolling load-bearing elements and constant-force springs to provide piecewise-constant restoring forces. First, we performed shaking table tests, wherein only the horizontal vibration was isolated. An unexpected finding from the tests is that, when the vibration isolator was subjected to ground motions with intense vertical accelerations, not only vertical but also horizontal accelerations were amplified. This led to a large rocking response or overturning of the object placed on the vibration isolator. A likely reason for the amplification is rocking of the upper portion of the vibration isolator above the rolling load-bearing elements induced by intense vertical accelerations. Next, we performed shaking table tests, wherein both vertical and horizontal vibrations were isolated. In this case, the vertical as well as horizontal accelerations were significantly reduced and the rocking response of the vibration-isolated object was suppressed. These results suggest potential risks in conventional horizontal vibration isolators having rolling load-bearing elements when they are subjected to ground motions with intense vertical accelerations. The results also demonstrate the effectiveness of vertical vibration isolation to avoid such risks.     

紧邻运营铁路深基坑围护结构动态响应分析

本文利用ABAQUS有限元软件动态模块对紧邻兰新铁路某深基坑围护结构在列车动荷载作用下的动态响应进行了分析,首先根据实测数据和列车振动简化模型得到了列车竖向振动荷载时程曲线,然后建立三维有限元模型分析了列车振动荷载作用下围护桩顶水平加速度、水平振动位移及沿桩长方向水平加速度变化规律,并对基坑围护结构的稳定性进行了评价,提出了防止基坑围护结构过度振动的措施,研究结论可为类似工程提供借鉴与参考。     

高层框架结构拆除爆破触地振动测试与特征分析

以某楼房拆除爆破振动的工程为例,得出了拆除爆破触地引起地面振动的特征,通过对实测数据进行加速度时程分析和频谱分析发现:拆除爆破触地振动具有脉冲型高峰值,次大高峰值持续出现的现象,拆除爆破触地振动的竖向分量明显高于两个水平分量,且水平向的振速衰减速率明显高于垂直方向,拆除爆破触地振动产生的地面振动主频以中低频成分为主,与建(构)筑物固有频率范围相近。     

阶梯形高层建筑的扭转效应分析及对策

研究阶梯形高层建筑结构在地震作用下扭转与平移振动的耦连反应，分析影响扭转振动效应动力增大的主要因素，并结合实例提出改善扭转振动效应的对策。     

A case-based reasoning system for using functional performance specification in the briefing of building projects

Functional Performance Specification (FPS) is a structured requirement analysis process, in which client requirements are firstly defined with functions and relevant evaluation criteria — functional performance. This paper describes a Case-Based Reasoning (CBR) system recommending functions and functional performance to facilitate the use of FPS in the briefing of building projects. It begins with an introduction to the briefing practice and the problems of using FPS in briefing, followed by proposing a structural job plan of FPS. Next, the CBR system design is described and how it supports the use of FPS is illustrated. Finally, the competence of the system is evaluated with two experiments, which demonstrate that the CBR system is a highly promising tool for facilitating the use of FPS. The future research work concerning addressing the shortcomings of the CBR system identified in the experiments is also noted.