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。     

组合隔震系统基于负刚度装置的隔震效果研究

超设计特大地震下隔震结构的隔震层变形控制得到了广泛关注。提出了一种附带阻尼水平向负刚度装置以此来控制强震下隔震层变形;建立该装置的力学模型,并对其性能影响参数进行理论分析;同时结合铅芯橡胶支座进行协同工作,形成负刚度组合隔震系统;最后建立多自由度隔震模型进行时程分析,对比负刚度组合隔震系统和常规隔震系统的隔震效果。研究表明,负刚度组合隔震系统在特大地震中不仅能有效控制隔震层的变形,且能降低隔震层及上部结构的加速度响应,避免隔震结构在特大地震作用下隔震层变形过大而引起的碰撞问题。     

高静低动刚度型三维隔震系统的力学性能和地震响应研究

文章提出一种具有高静低动刚度特性(High-Static-Low-Dynamic Stiffness, HSLD)的新型三维隔震系统,由能提供正刚度并具有较大承载能力的斜置橡胶支座和提供负刚度的负刚度装置构成,静载阶段主要由斜置支座提供较大刚度以控制静位移,动载阶段由正负刚度装置联合实现较小隔震刚度减小加速度响应,克服了传统三维隔震支座低隔震刚度与高承载能力的矛盾。进一步对斜置橡胶支座和负刚度装置进行变形分析,得到正负刚度装置力学模型和参数关系,并开展斜置橡胶支座和负刚度装置的静力试验,建立斜置橡胶支座和负刚度装置的理论力学模型。将所提出的HSLD隔震系统应用于建筑结构,通过分析不同水准地震下的结构动力响应,发现HSLD隔震系统适应不同水准抗震性能设计需求,整体结构的静载位移和地震响应均可得到有效控制。     

高静低动刚度型三维隔震系统的#br# 力学性能和地震响应研究

文章提出一种具有高静低动刚度特性(High-Static-Low-Dynamic Stiffness, HSLD)的新型三维隔震系统,由能提供正刚度并具有较大承载能力的斜置橡胶支座和提供负刚度的负刚度装置构成,静载阶段主要由斜置支座提供较大刚度以控制静位移,动载阶段由正负刚度装置联合实现较小隔震刚度减小加速度响应,克服了传统三维隔震支座低隔震刚度与高承载能力的矛盾。进一步对斜置橡胶支座和负刚度装置进行变形分析,得到正负刚度装置力学模型和参数关系,并开展斜置橡胶支座和负刚度装置的静力试验,建立斜置橡胶支座和负刚度装置的理论力学模型。将所提出的HSLD隔震系统应用于建筑结构,通过分析不同水准地震下的结构动力响应,发现HSLD隔震系统适应不同水准抗震性能设计需求,整体结构的静载位移和地震响应均可得到有效控制。     

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。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

成都博物馆基础隔震结构隔震层抗拉性能设计研究

对不规则结构进行基础隔震时,在地震作用下会在隔震层的局部位置产生较大拉力,橡胶隔震支座易受拉破坏进而影响结构安全性。而采用抗拉限位装置可有效解决隔震层抗拉问题,但相关规范对此未提出相应设计方法及安全性能设计指标。结合已建成的成都博物馆基础隔震工程,通过橡胶隔震支座竖向拉伸及剪拉试验,提出橡胶隔震支座抗拉性能设计指标,并配套开发提升橡胶隔震层抗拉性能的抗拉限位装置,通过对整体结构模型在不同强度地震作用时程分析,提出了该不规则结构基础隔震时隔震层抗拉性能的设计方法及设计指标。研究实现了8度罕遇地震作用时,抗拉限位装置不参与工作或保持弹性工作状态;9度罕遇地震作用时,抗拉限位装置处于不屈服状态,橡胶隔震支座出现塑性,但仍具有很高的拉伸承载能力。     

基于Benchmark模型的低刚度隔震支座地震响应研究

建筑隔震设计中广泛使用的铅芯橡胶隔震支座(LRB)在近断层地震作用下,支座位移过大,在满足竖向承载力的同时难以兼顾支座的水平刚度和阻尼值,导致隔震体系的隔震效果不佳,甚至隔震支座可能发生损坏。针对这一问题,研发了一种新型的水平低刚度隔震支座,该支座在满足竖向承载力要求的同时,能将隔震层的水平刚度维持在较低的水准,同时保持较好阻尼性能。本文采用ETABS模拟隔震支座并建立隔震Benchmark模型,通过动力时程分析,对比了传统橡胶隔震方案和水平低刚度隔震方案中结构的最大层间剪力、最大层间位移角和能量耗散等结构响应。结果表明,近断层地震作用下,水平低刚度隔震方案比传统橡胶隔震方案的隔震效果更佳。     

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。     

隔震层恢复力模型及残余变形问题研究

采用天然橡胶类隔震支座的组合隔震结构,通常采用无铅芯橡胶支座、铅芯橡胶支座及弹性滑板支座作为隔震层主要隔震装置。由于铅芯橡胶支座及弹性滑板支座均不具有完全变形恢复能力,因此,采用该类组合隔震的隔震层总恢复力骨架曲线必定存在静态不可恢复的残余变形,该变形的大小反映了隔震层整体变形恢复能力的强弱,体现了结构在服役期承受多次地震的能力。通过对几种常用的组合方案的隔震层恢复力模型推导分析,并对残余变形值的变化规律进行研究,给出针对不同组合情况下不具有完全变形恢复能力支座的可接受比例。最后结合工程算例,按照前述推导方法对隔震层恢复能力进行验算,并提出隔震支座调整方案,供同类工程设计参考和借鉴。     

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。     

转换梁刚度对基础隔震框架-剪力墙结构受力性能的影响

旨在研究不同转换梁线刚度对基础隔震框架-剪力墙结构受力性能的影响,基于有限元软件ABAQUS建立框架-剪力墙精细化模型,通过改变隔震层转换梁尺寸对比模型在单向加载条件下塑性发展、承载力及支座面压变化。结果表明,提高隔震层转换梁线刚度有利于减轻隔震结构的破坏损伤,提高结构极限承载能力,减小隔震层支座面压。     

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。     

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。     

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.     

中间层减震结构地震影响实例分析

用直接积分方法得到了减震支座在结构中不同位置时的结构动力特性和地震反应,分析了减震支座位置变化对结构输入地震作用和动力反应的影响.实例计算结果表明.减震支座对其上下部分的隔震与减震并不是总起作用;刚度恒定与刚度折减情况相比,支座层最大位移变化规律有显著不同;无支座层的一般楼层层间最大侧移总是比普通结构小.     

橡胶支座基础隔震结构隔震层软限位加固方法研究

按现行建筑抗震规范建造的橡胶支座基础隔震结构遭遇远场大震或近断层脉冲型地震作用时,隔震层可能发生过大变形,造成隔震支座侧倾失稳。本文提出隔震层软限位加固方案,给出软限位加固主要参数预留距离、限位刚度、阻尼的设计与优化方法。取一栋橡胶支座基础隔震钢筋混凝土框架结构,以近断层地震动作用为例,对软限位加固参数的设计与优化进行了介绍。优化软限位加固设计参数,可获得隔震层限位与上部结构减震的良好效果。同时给出了两种适用的软限位加固装置。     

串联型变刚度叠层橡胶隔震支座试验研究

叠层橡胶支座是隔震技术关键因素之一,研发了一种串联型变刚度叠层橡胶隔震支座。该串联型变刚度叠层橡胶隔震支座初始阶段提供较小水平刚度(小于串联型变刚度叠层橡胶隔震支座中较小直径支座的刚度)。当水平剪切变形达到设计目标时,通过限位装置提供第二刚度,使其出现较大变形时具有较大的大水平刚度。通过足尺支座试验,研究了该串联型变刚度支座的竖向性能、水平性能和滞回性能,并给出了该串联型变刚度支座的计算模型。     

高阻尼厚层橡胶支座力学性能试验研究

为有效延长基础隔震结构的竖向自振周期、实现隔震支座耗能能力,论文设计了一种构造简单的高阻尼厚层橡胶支座,对其进行基本力学性能试验、竖向压缩相关性和水平剪切相关性试验,分析竖向压力、预压力、剪应变、加载频率等参数对支座力学性能的影响规律,结果表明：高阻尼厚层橡胶支座的滞回曲线饱满,耗能效果较好;竖向压力和预压力的变化对支座的竖向刚度影响很大,剪应变和竖向压力的变化对支座水平等效刚度有不同程度的影响,加载频率对支座水平向和竖向力学性能均有影响;高阻尼厚层橡胶支座水平力学性能的试验值与按规范计算的理论值较接近,竖向刚度试验值和理论值相差较大,因此提出了支座竖向刚度公式的修正,并基于试验结果验证其准确性。     

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。