采用新型分离式摩擦滑移系统的隔震结构振动台试验研究

提出一种二硫化钼固体润滑剂涂层的新型分离式摩擦滑移隔震装置,为研究该新型隔震系统对结构抗震性能的影响,进行了隔震和非隔震结构的模型振动台对比试验。基于试验结果,从结构的动力特性、位移反应及加速度反应等方面评价结构抗震性能,并对比分析了该新型摩擦滑移隔震系统的隔震效果。研究表明:二硫化钼固体润滑剂涂层具有较高的竖向承载特性和低摩擦特性,新型分离式摩擦滑移隔震系统能够有效降低结构地震响应。相比于非隔震结构,采用新型分离式摩擦滑移系统的隔震结构的楼层加速度、层间位移角均减小,地震作用下,结构能量的耗散主要集中在隔震支座处,该隔震系统具有良好的隔震效果,结构可以满足抗震要求。     

新型滑移隔震装置减震性能有限元分析

基于二硫化钼材料的低摩擦系数、高磨损寿命和润滑性能可靠等优点,以软钢实体圆锥棒作为限位消能元件,设计制作了一种新型滑移隔震装置。采用MTS电液伺服试验系统测试了滑移隔震支座的摩擦性能,并建立了1个1∶5的5层框架结构的ABAQUS有限元模型,分析了不同摩擦系数和竖向地震激励下结构体系的动力反应。结果表明:设计的新型滑移隔震支座摩擦系数曲线较为平缓,且随着试验次数的增加,摩擦系数逐渐减小,最终稳定在0.04~0.05,二硫化钼材料的摩擦性能稳定、摩擦系数低,可以作为建筑摩擦滑移隔震系统中的滑移材料。随着摩擦系数的增大,结构的加速度反应增大,而相对位移却不断减小,较小的摩擦系数使上部结构偏于安全,但隔震层会产生较大的位移。相比X向单向地震,在竖向地震作用下结构的加速度反应和位移反应都有所增大,但其增大幅度都不超过10%,表明在竖向地震荷载作用下,滑移隔震技术依然有效。     

新型复合滑移隔震装置的试验研究

为了综合叠层钢板橡胶支座和摩擦滑移支座的优点,并将机械领域摩擦性能良好的二硫化钨(WS2)材料用于摩擦滑板,设计研制了一种新型滑移隔震装置;试验测定了喷涂二硫化钨钢板之间的摩擦系数及支座在简谐激励下的滞回性能。结果表明,新型复合滑移隔震装置性能稳定,正压应力和位移幅值是影响摩擦系数的主要因素,加载频率与摩擦系数无关。     

竖向抗拔摩擦摆支座力学性能的试验研究

根据隔震技术在大跨空间结构中的研究现状,针对现有摩擦摆支座不具有抗拔性能的缺点,基于竖向抗拔摩擦摆支座的专利设计,提出一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座,对其进行构造设计,建立相应的理论模型,并对相关力学性能进行试验研究。试验内容包括测定竖向抗拔摩擦摆支座在简谐激励下的滞回性能;考察竖向压力和滑移速度对支座滞回性能的影响;测定竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数以及竖向压力和滑移速度对摩擦系数的影响。试验结果表明,支座具有良好的耗能能力。     

摩擦摆隔震支座力学性能试验、数值模拟及工程应用

对摩擦摆隔震支座进行了力学性能试验,试验测定了摩擦摆隔震支座滑动面之间的摩擦系数及支座在荷载激励下的滞回性能;考察了支座滑移速度和竖向压力对摩擦系数、滞回性能的影响。通过有限元软件ANSYS对支座模型进行了数值模拟,其滞回曲线模拟结果和试验结果吻合良好,验证了摩擦摆隔震支座理论模型的合理性。在此基础上,以钢筋混凝土框架结构基础隔震为例,利用SAP2000软件分别建立普通结构和隔震结构两种有限元模型,并进行了罕遇地震作用下的动力时程分析。结果表明,摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果。     

无机耐久型建筑隔震滑板支座试验研究

近年来滑板支座与橡胶隔震支座组合使用的复合隔震技术在抗震工程中的应用日益增多.本文基于二硫化钼、石蜡以及高强灌浆料等材料研发了一种新型无机耐久型隔震滑板支座,并通过试验研究了不同滑块尺寸的支座竖向刚度、承载能力,静动摩擦系数与压力的相关性及其滞回性能,动摩擦系数与加载频率、加载次数相关性等性能.试验结果表明,该新型滑板...     

滑移摩擦型隔震结构考虑竖向地震作用影响的分析

摩擦滑移型隔震支座具有较好的减震效果和经济性能,越来越多地应用于结构隔震.这种支座屈服力取决于滑动摩擦力,与摩擦系数和支座竖向压力有关.地震动是多维的,本文考虑双向地震动,分析了采用摩擦滑移型支座隔震的质量块、基础隔震结构和顶层隔震结构,在不同摩擦系数和地震烈度情况下竖向地震作用对结构水平地震反应的影响.计算表明,在大摩擦系数、高烈度情况下,竖向地震作用对基础隔震和设备隔震有一定影响,建议考虑竖向地震作用的影响;而在小摩擦系数时则可忽略.并且,适当的屈服后刚度可以减小竖向地震作用的影响.     

摩擦摆支座的摩擦系数影响因素分析

摩擦摆式隔震支座(Friction Pendulum Bearing,简称FPB支座)利用其特有的圆弧面延长结构的振动周期,通过不锈钢板和聚四氟烯板之间摩擦耗散能量,因此摩擦系数对FPB支座性能的正常发挥有重要影响,而支座压应力、摩擦滑移速度、环境温度及摩擦面润滑剂的使用等都对聚四氟乙烯板-不锈钢接触面的摩擦系数有明显影响。本文对FPB支座摩擦副进行试验,主要考虑多组摩擦副的摩擦系数在不同压应力、不同滑移速度下,摩擦系数的变化规律,进一步通过理论分析推出支座摩擦系数的变化对摩擦摆支座隔震性能的影响。     

新型三维隔震装置设计及数值模拟

基于铅芯橡胶隔震支座力学性能,设计研发一种新型三维隔震装置,介绍三维隔震装置的构造、变形机理及竖向刚度理论计算公式。将该三维隔震支座用于某工程,基于有限元软件建立结构模型,根据结构特点设计三维隔震支座参数,分析原结构和隔震结构在3条地震波作用下竖向加速度、水平加速度、层间剪力和层间位移响应。结果表明,新型三维隔震支座具有良好的水平隔震性能和竖向隔震性能,均有较好的减振效果。     

URTFPB高层隔震建筑地震响应分析

竖向抗拔型摩擦摆支座(URTFPB)是一种新型减震消能支座。介绍了该支座的工作机理及力学模型。以框剪高层隔震建筑为例,利用Midas Gen软件建立了基础隔震结构计算模型,提取了隔震支座的竖向位移、竖向轴力、隔震建筑沿弱轴方向的水平加速度及各楼层的最大加速度包络值。结果表明:由于隔震周期的延长,框剪摩擦摆基础隔震结构减小了地震作用能量的输入,从而有效地降低了结构的地震加速度响应;新型竖向抗拔型摩擦摆支座有效地提高了隔震层的竖向抗拔能力,解决了高层隔震建筑的倾覆问题。     

桥梁实用新型减隔震支座的基本力学性能

桥梁减隔震设计主要以减隔震装置的变形来耗散地震能量,为了同时满足桥梁在正常使用阶段的位移和地震作用下的耗能要求,基于摩擦摆支座和铅芯橡胶支座的组合,本文设计了一种实用新型的减隔震支座,通过内嵌式将"滑移隔震"转换装置的上下两个部分连接起来。首先描述了该支座的具体构造和工作原理,并对比验证了该支座的力学特性。最后通过一系列的剪切变形相关性试验(包括不同剪切位移、不同竖向压应力和不同滑移量),总结了该支座的剪切变形性能曲线,结果表明,该桥梁减隔震支座可以同时满足位移变形要求和耗能减震要求,为后续桥梁减隔震优化设计及其工程应用提供了重要的参考。     

旋转型三维隔震体系试验研究及动力响应分析

为深入研究旋转型三维隔震体系的受力性能及隔震效果,建立了其考虑摩擦因素的竖向刚度计算方法,提出了包含初始承载力的竖向滞回模型,并给出了关键参数的计算式。对隔震支座模型进行了竖向压缩拟静力试验,在此基础上进行了力学参数相关性分析,得到摩擦系数与倾斜角度对竖向性能的影响规律。最后对使用该隔震体系的核反应堆厂房进行水平及竖向地震荷载作用下的动力响应分析,比较结构在基准地震、安全停堆地震、超设计基准地震下的地震响应,发现隔震层及上部各楼层加速度响应均有显著减小。进一步得到了厂房内部关键节点的加速度反应谱,发现该体系可将核反应堆厂房隔震结构设计地震动峰值加速度由0.3g提升至0.6g,可有效地增加核电厂选址范围。     

并联隔震体系的自适应保护特性

本文论述了水平地震作用下,并联隔震层产生水平位移过程中,橡胶隔震支座与摩擦滑移隔震支座之间将产生竖向力转移的自适应保护特性和计算方法。工程实例表明,考虑竖向荷载转移时,隔震层的侧移将有所下降,使体系具有自适应保护功能。     

大跨空间结构隔震技术的现状与新进展

为促进大跨空间结构隔震技术的发展,论文系统分析了目前常用的几类隔震支座,针对其中的一些问题,提出了一种新的三维复合隔震支座.该新型支座水平采用摩擦滑移隔震,竖向采用螺旋弹簧或碟形弹簧隔震.基于概念模型,设计制作了两类支座,对其动力特性进行了振动台试验研究,并依据试验结果建立了其理论模型.最后,对复合隔震支座在大跨空间结构中的隔震性能进行了模拟分析,结果表明该支座具有优良的隔震性能,能有效解决大跨空间结构的三维复合隔震问题.     

斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果

基于铅芯橡胶隔震支座的力学性能特点,研发了斜向滑动摩擦三维隔震装置。基于该三维隔震装置的组成构造和变形机理,提出了其竖向荷载-位移滞回模型,给出了各阶段支座刚度的计算公式。对三维隔震装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明：三维隔震支座在竖向具有变刚度特性,其滞回曲线饱满,不同加载速率和位移幅值下力学性能稳定;提出的滞回模型与试验结果基本吻合,可以有效模拟三维隔震装置的竖向滞回性能。通过三维隔震结构缩尺模型的振动台试验,认为三维隔震装置与传统水平隔震支座具有相当的水平隔震效果,同时可控制结构的竖向响应。     

适用纯摩擦基础隔震结构的新型限位装置研究

为了克服纯摩擦基础滑移隔震结构缺乏限位能力的不足,将橡胶与铅芯合理组合形成一种新型的限位装置。利用Matlab/Simulink建立新型限位装置的仿真模型,通过数值模拟,确定带限位装置的隔震体系在"先滑后限"状态下的自滑区长度,分析限位橡胶弹性刚度、刚度比及隔震层摩擦系数对结构动力响应的影响。新型限位装置具有较好的隔震限位性能。限位橡胶的屈服前刚度、刚度比越大,结构基底最大剪力也越大,隔震层最大滑移越小。新型橡胶限位装置能为后续起草的建筑摩擦隔震技术规程的被动控制措施提供重要参考。     

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.     

曲面隔震结构的动力特性及试验研究

提出了将整个隔震层按照一定曲率半径,设计为曲面隔震层的结构体系。针对曲面摩擦滑移隔震结构(CSSIS),给出了在水平及竖向双向激励下的简化力学模型及动力方程;经数值计算及小型振动台试验,发现双向激励时上部结构水平向响应与曲率半径和摩擦系数有着密切关系:曲率半径的减小会放大结构的加速度响应,同时降低隔震层的相对位移,且使结构获得复位能力;摩擦系数的增大会显著增大结构加速度响应,而隔震层的残余位移则随摩擦系数的增大而先增大后减小。给出了曲率半径的优选方法,实现对结构加速度和位移响应的综合控制。     

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。     

一种常阻尼隔震支座开发及在建筑结构的应用研究

为解决在大变形条件下,隔震支座阻尼力不足的问题,提出一种常阻尼隔震支座。该支座的特征是在传统橡胶支座基础上,竖向并联金属摩擦阻尼器,将二者组合成橡胶与摩擦阻尼器组合而成的新型隔震支座,实现支座在大变形下等效阻尼比不明显降低。通过阻尼器的性能试验,验证了本文构造的可行性;基于SAP2000软件对某隔震框架结构进行分析,对比研究铅芯橡胶支座、常阻尼隔震支座的隔震效果,结果表明常阻尼支座在控制隔震层位移方面具有更大的优势。