昆明新国际机场航站楼A区结构模型振动台试验研究

通过对昆明新国际机场航站楼A区结构1/60模型进行地震模拟振动台试验,分析了结构形式复杂的大跨度基础隔震结构模型的设计方法,分别测试了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性、阻尼比及其在不同地震动输入时结构的加速度、位移、扭转等动力反应,以及大跨度网架的竖向振动等,研究了结构破坏机理和破坏模式。试验结果表明：基础隔震能够有效延长结构的自振周期、增加结构的阻尼比、提高结构的耗能能力;通过基础隔震,可以将水平地震输入加速度峰值降低到原来的40%,对竖向加速度没有降低作用,但通过对水平加速度的降低有效抑制了大跨度网架的竖向振动;烈度8.2度地震作用下隔震结构的位移、加速度、扭转等反应均比7.5度地震作用下非隔震结构的反应要小,且隔震结构在8.2度多遇和罕遇地震作用下结构的层间最大位移角分别为1/636、1/201。试验表明原型结构设计基本合理,采用基础隔震能够有效提高结构的抗震性能,隔震层以上结构在8.2度抗震设防烈度时的水平地震作用小于非隔震结构在7.5度抗震设防烈度时的对应值。最后针对试验及分析结果对原型结构设计提出一些改进建议。图8表4参4     

基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统振动台试验研究

为了保护农村房屋免受地震破坏,提出一种基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统(简称GSI-GBSC),即在结构基础与地基土之间回填玻璃珠–砂垫层材料进行隔震。对有、无隔震系统的单层砌体结构模型开展考虑场地的大比例振动台模型试验,单层砌体结构模型缩尺比例为1/4。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1 g,0.2 g,0.4 g。试验结果表明:在小震时,GSI-GBSC系统的隔震效果不明显,随着地震量级的增大隔震效果也随之增强;在输入加速度幅值为0.4 g时,GSI-GBSC系统使结构的屋面板加速度反应以及层间位移反应分别减小了50%和47.5%;即该隔震系统可以显著减少上部结构的地震反应,实现隔震的目的。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%~6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

一种新型隔震层的构造及其振动台试验研究

介绍一种新型隔震层的构造和工作原理,通过对多种工况下的隔震层试件进行振动台试验,研究隔震层在不同隔震层高度和不同加速度幅值输入时的动力特性,研究隔震层在不同隔震层高度和不同加速度幅值输入时的隔震层相对位移及加速度的减震效果。试验结果表明,该隔震层减震效果明显。当隔震层高度增加或加速度输入幅值加大时,隔震层的减震系数提高。当输入加速度到达一定幅度时,相对位移增加幅度下降,说明该隔震层具有可靠的位移限制能力。     

竖向地震作用对钢筋混凝土框架结构及三维隔震结构的影响

为了研究竖向地震作用对结构地震反应的影响以及三维隔震结构隔震效果,采用MATLAB编程计算了考虑竖向地震作用的反应谱,分析了竖向地震作用对结构加速度、速度与位移的影响;采用Open Sees分析程序建模并模拟了钢筋混凝土结构振动台试验,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,设置了三维隔震层并对隔震结构与非隔震结构分别进行了动力时程分析,对比分析了隔震、非隔震结构加速度、位移反应以及梁柱截面内力的变化。分析表明:新型三维弹簧隔震结构隔震效果良好,竖向地震动可以进一步降低水平减震系数;设置隔震墩能有效减小框架梁支座截面内力,但对梁跨中截面内力改变较小。     

多模块高温气冷堆核岛厂房隔震结构振动台试验

为研究多模块高温气冷堆核岛厂房基底隔震结构的抗震性能,设计缩尺比为1/20的核岛厂房振动台试验模型,分别进行抗震、摩擦摆支座隔震、橡胶支座隔震三种工况下的振动台试验,对比分析不同工况下核岛厂房隔震结构的动力响应规律,包括结构动力特性、加速度和位移响应、楼层反应谱等。试验结果表明：采用隔震措施后,结构自振周期明显延长,隔震效果显著;三向地震动输入时,隔震上部结构的加速度放大系数在四层以上会突然增大,这是由于结构中部T形墙高度仅至四五层之间,结构在此处被削弱;结构整体刚度较大,抗震结构和隔震后上部结构的相对位移均较小,基本处于平动;隔震措施能明显减小核岛厂房结构在其自振频率处的水平向加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱值有所增加;在三向地震动输入下,隔震模型的竖向楼层加速度谱较抗震结构的竖向加速度谱有明显放大。     

钢筋沥青隔震层位移控制研究

介绍了钢筋沥青隔震层的基本构造和工作原理,利用结构力学知识对钢筋沥青隔震层极限水平位移进行理论分析,推导钢筋沥青隔震层在多遇、罕遇地震作用下其容许位移和二阶效应影响系数的计算公式;探讨钢筋沥青隔震层在不发生第二类失稳破坏时,对隔震竖向钢筋长径比及根数的要求,分析数据并拟合曲线,得到相关关系式。通过对多种工况下的隔震层试件进行振动台试验,研究钢筋沥青隔震层在不同隔震竖向钢筋直径和不同加速度幅值输入时的隔震层相对位移及动力特性。结果表明:理论分析与试验结果比较吻合,验证了钢筋沥青隔震层在多遇、罕遇地震作用下其容许位移的计算公式、二阶效应影响系数的计算公式和隔震竖向钢筋长径比与根数的关系式的可靠性。     

轻木-混凝土混合结构木制层间隔震体系的振动台试验研究

针对轻木-混凝土混合结构在地震作用下上部木结构反应放大的问题,提出在两种结构层间采用木制隔震装置形成隔震体系,并设计两层足尺模型进行地震模拟振动台试验,研究该体系的层间隔震效果。依次输入峰值加速度为0.10g～0.40g的3种地震波,分别对层间隔震模型和非隔震模型在纵横向的地震响应进行试验研究。结果表明：木制隔震装置有效降低了上部轻木结构的加速度反应,隔震层上下最大加速度降幅可达38%;隔震结构的相对位移集中于隔震层,上部轻木结构的层间位移较小,起到了良好的隔震作用;罕遇地震作用下,隔震层发生明显的相对位移,Taft波、人工波和El Centro波作用下最大相对位移分别为82.26、82.92 mm和57.2 mm,说明隔震装置能有效降低模型的地震反应,且隔震效果与输入地震波的频谱特性有关。此外,下部混凝土结构与上部轻木结构的刚度比对隔震装置的隔震效果有一定的影响,刚度比较大时,其隔震机理及效果类同于基底隔震,试验结果表明隔震效果良好;当刚度比较小时,其隔震机理及效果类同于TMD被动调谐减震,要达到理想的减震效果有待进一步的参数优化。     

带抗拉装置高层隔震结构振动台试验研究

西昌（9度区）某高层基础隔震结构,其上部为框架-核心筒结构,总高度为58.3m（不计入隔震层）,隔震层采用铅芯橡胶隔震支座。为研究该隔震结构的抗震性能及检验带抗拉装置隔震支座的有效性,进行了缩尺比为1/15模型的模拟地震振动台试验。结果表明,隔震层降低了上部结构的加速度反应,隔震层上加速度放大系数小于0.5,可满足抗震设防烈度降低一度的设计目标;隔震结构的位移集中在隔震层,上部结构的层间位移较小,层间位移角满足规范层间位移角限值要求;隔震层力-位移滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力。罕遇地震作用下,支座出现拉应力,说明隔震结构在高烈度地震作用下存在倾覆的可能性。对角部隔震支座加装抗拉装置后,再次进行振动台试验,结果表明,抗拉装置不会对结构水平向动力特性及支座在正常受压状态下的竖向运动和水平向运动产生显著影响,通过对比证明了其在隔震支座受拉情况下提供的有效抗拉作用。     

高层结构三维基础隔震抗倾覆试验研究

为拓宽基础隔震技术的应用范围,开发了一种三维隔震抗倾覆支座并对其进行了试验研究。介绍了该支座的设计制作,通过拟静力试验研究其水平向和竖向力学性能。将该支座安装在一高层钢框架模型结构底部,输入不同场地不同峰值加速度的地震动激励,进行了有无三维隔震抗倾覆支座的地震模拟振动台对比试验,测试了模型结构的动力特性、加速度和位移反应以及基底剪力反应等。试验及分析结果表明:该支座具有较好的稳定性和较强的可靠性,结构在8度罕遇烈度地震作用下仍然是安全的;支座对结构在所给4条不同场地地震动作用下的动力反应有着良好的控制效果,且受输入加速度峰值的影响小。     

设置阻尼负刚度系统的高层隔震结构地震响应分析

基于预压弹簧的变形受力特点设计了一种附带阻尼的负刚度系统，该系统通过预压弹簧的斜向变形出力可实现负刚度性能，并采用黏滞阻尼器提供阻尼性能。根据上述思想设计组装了负刚度模型装置并进行静力试验研究，基于试验结果提出了考虑弹簧刚度、弹簧长度、弹簧预压缩量的负刚度系统的力学模型，并进一步建立了负刚度隔震系统的动力分析模型，提出了负刚度装置的最优参数选取方法，指出了最优负刚度配比的选取由隔震支座的阻尼比决定。将所提出的负刚度系统应用于某高层隔震结构中并进行了动力分析，结果表明，附加负刚度系统不仅能够减小高层建筑在地震作用下上部结构的加速度响应、层间变形，而且可有效控制隔震层的位移响应，实现了在罕遇地震作用下同时降低上部结构的加速度响应和隔震层位移响应的目标。     

基础隔震和非隔震结构模型振动台试验对比研究

昆明新国际机场航站楼(A区)结构为目前世界最大单体隔震结构。建立了该建筑1/60缩尺模型,完成了隔震结构模型和非隔震结构模型的振动台对比试验。研究了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性,以及隔震结构在8.2度多遇、基本、罕遇地震烈度作用下和非隔震结构在7.5度多遇、基本、罕遇地震烈度作用下结构的加速度和位移反应,以及基础隔震对结构顶部大跨网架竖向振动的影响。研究结果表明,基础隔震能够延长结构自振周期,增加结构阻尼比,有效降低隔震层上部结构的地震反应,同时能够有效降低大跨网架结构的竖向振动;发现该建筑进行基础隔震后按照7.5度设防烈度设计能够满足8.2度设防烈度要求,且满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。     

碟形弹簧竖向减震装置的性能试验研究

基础隔震技术是目前应用最广泛的结构控制方法,但是,目前这种技术只是最大限度地减少或隔离水平地震作用,而对竖向地震作用几乎没有影响。为改善隔震技术在隔离竖向地震中的限制,研制了一种由碟形弹簧和粘弹性阻尼器组合而成的碟形弹簧竖向减震装置,并对其进行了在静载和动载作用下的力学性能试验研究, 给出了该装置在竖向静力和动力作用下的等效刚度和阻尼比,建立了恢复力模型,试验研究表明,碟形弹簧竖向减震装置能有效的解决竖向大承载力和竖向阻尼的难题,力学性能优良且稳定,加工制作容易,是一种比较理想的竖向减震装置。     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。     

某隔震展馆水平限位设计与抗震性能研究

限位装置能够降低隔震结构大震下倾覆概率。研究结合某4层框架展馆,进行水平隔震与限位设计;选取适用于隔震展馆的限位装置参数限位间距(D)、限位刚度(K),建立限位-隔震结构分析模型,结合顶层加速度峰值、层加速度、层位移、层剪力峰值等指标展开抗震性能分析。结果表明,限位隔震结构与传统结构相比能降低上部加速度、层剪力响应,限位隔震结构层剪力峰值较隔震结构有放大现象,限位装置工作性能良好。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

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。     

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%。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。