滑动式文物隔震支座性能试验及设计方法

我国是历史文化大国、文物众多,但每一次地震来袭都会对馆藏文物造成巨大的威胁。针对馆藏文物防震安全的迫切需求,为避免地震对博物馆文物造成不可估量的损害,研制了一种滑动式文物隔震支座。利用振动台进行多条地震波激励下的滑动式文物隔震支座隔震性能试验来检验其隔震效果;然后建立滑动式文物隔震支座-展柜体系的有限元模型并与试验结果对比来验证模型的有效性;进而探究支座滑轨摩擦系数和支座上覆展柜质量对其隔震性能的影响;最后提出一种滑动式文物隔震支座的设计方法,并以一实际展柜为例对所提出设计方法的有效性进行验证。研究结果表明：本滑动式文物隔震支座具有良好的隔震性能,其隔震率随着输入的地震波峰值加速度的增加而增加;在相同峰值加速度条件下,其隔震率随着地震波卓越频率的增加而增加。改变滑动式文物隔震支座的滑轨摩擦系数或上覆展柜质量并不会影响滑动式文物隔震支座最佳周期的设计,但较低的滑轨摩擦系数更有利于实现隔震系统的隔震性能;上覆展柜质量的变化对展台面加速度及滑动式文物隔震支座位移响应的影响较小。滑动式文物隔震支座能有效减小文物的地震响应,保护博物馆内展陈文物的安全,所提出的设计方法可为实际馆藏文物防震需求提供指导。     

博物馆结构隔震前后楼层反应谱及设计谱

为得到博物馆隔震前后的楼层反应谱及设计谱以进行附属结构的防震设计,首先建立了非隔震、隔震两种博物馆结构有限元模型,并通过环境振动测试验证模型的准确性.然后选取了7条罕遇地震波进行时程分析,通过加速度峰值、频谱两参数进行隔震前后的楼层波及其与地震波的差异分析.进而将楼层波作为输入,通过MATLAB程序计算非隔震、隔震结构对应的楼层加速度反应谱,并根据地震抗震设计谱理论拟合用于附属结构设计的楼层设计谱.研究结果表明:有限元模型的动力特性与振动实测结果吻合较好;隔震后楼层加速度峰值较非隔震峰值降低约75%,楼层波卓越频率均与两种结构对应的自振频率相吻合,结构起主控作用;楼层反应谱是地震波与主结构共同作用的结果,反映二者的特性;最后得到了加速度标准化设计谱曲线及数学表达,隔震前、后设计谱划分区段不同,非隔震楼层设计谱有1个平台段,隔震楼层设计谱有2个平台段,设计谱研究成果可用于不同结构内部展陈等附属结构的防震设计.     

改进型橡胶隔震支座力学性能研究

隔震结构设计的关键环节在于隔震层中隔震支座的设计.在实际隔震设计中，隔震支座水平刚度越小，对应隔震效果越突出，与此同时，隔震支座还要满足罕遇地震下足够的变形要求以防止其超限破坏，因此，设计中对于隔震支座的刚度需求存在一定的矛盾.本文以多级设防为目标，在普通橡胶支座的基础上设计出改进型隔震支座，通过数值模拟分析，研究该支座的力学性能、耗能能力，最终建立简化恢复力模型.研究结果表明：改进型隔震支座在不同工况下能表现出变刚度特性，通过合理设计可以有效地解决传统橡胶支座存在的矛盾问题.     

考虑扭转效应的平面不规则大底盘单塔楼减震性能分析

对平面不规则大底盘单塔楼进行隔震分析,分别将层间隔震支座及基础隔震支座应用于此类结构,分别建立层间隔震及基础隔震以及传统的抗震结构模型,利用有限元软件SAP2000对某单塔楼结构在罕遇地震作用下进行动力时程分析.通过楼层剪力,层间位移以及楼层加速度对比,表明采用隔震装置结构的减震效果明显,同时表明由结构平面布置不规则所导致的扭转效应引起我们高度重视.     

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明：多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。     

浮放文物隔震保护与振动台试验

浮放文物在地震中往往遭受严重破坏,隔震技术是保护文物安全的有效手段。采用模块式金属隔震支座对浮放花瓶进行振动台试验,验证了隔震装置的可行性。隔震支座由金属板、直线导轨、滑块、弹簧和摩擦阻尼器组成,具有模块化特征,可根据设计需要调整弹簧、摩擦阻尼器的数量和位置。导轨和滑块用于限制隔震支座的运动方向并防止支座发生倾覆;弹簧用于调节隔震支座的水平刚度,通过施加预紧力提供自复位能力;摩擦阻尼器用于控制隔震支座的水平变形,耗能能力可调节。研究结果表明：隔震支座的隔震效果与PGA有关,减震率随着PGA增大而降低,隔震支座顶部加速度响应为振动台台面的28.10%-78.01%;隔震支座实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值,通过调节摩擦阻尼器、弹簧的参数,残余位移可控;文物滑动、倾覆现象与计算结果相符,隔震支座可防止文物在地震作用下产生倾覆,必要时仍需要采取传统抗震措施辅助;用于小型文物的隔震支座设计时应充分考虑减震率、隔震位移需求、支座变形能力限制和自复位能力,各个目标有时难以同时满足,需要取舍。     

竖向隔震的机理研究和装置设计

针对空间网格结构的复合隔震,重点研究其竖向隔震机理.首先建立了支座竖向刚度、激励特征频率与隔震系数间的关系,验证了竖向隔震的可行性;结合支座的应用条件,建立了支座竖向刚度计算公式,为支座的竖向隔震装置设计提供了依据;并给出了弹簧隔震装置的设计方法.     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式。采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回特性与回复特性,并与（球面）摩擦摆隔震支座进行对比分析。研究结果表明：1）理论分析和数值模拟结果吻合较好;2）变曲率摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能,且与初始刚度相同的（球面）摩擦摆隔震支座相比,其等效粘滞阻尼比和耗能系数更大,具有更强的耗能能力;3）变曲率摩擦摆隔震支座的刚度由曲率半径,即曲面函数决定,经合理设计可使得其刚度随着位移增大呈现逐渐减小的趋势,从而使其自振周期随着位移增大而逐渐增大,可较好的解决隔震结构的低频共振问题;4）与（球面）摩擦摆隔震支座相比,该支座刚度软化的机制可使传递给上部结构的剪力减小;5）该支座的最大应力出现在支座位于设计位移时刻,且一般位于滑块或支座板球铰面边缘;6）该支座的最大残余位移由摩擦系数和曲面函数各参数共同决定,可通过理论分析和数值模拟进行合理的参数化设计将其控制在工程可接受的范围内。     

某隔震连续梁桥的地震失效模式研究

针对传统可靠度分析对隔震桥梁地震失效模式识别的局限性,提出一种基于IDA分析和加权秩和比法的失效模式判别方法,结合改进的Park Ang损伤模型,给出具有统计意义的隔震桥梁的地震损伤失效模式,为隔震桥梁优化设计提供依据。以某6跨隔震连续梁桥为例,基于opensees建立桥梁结构有限元模型,分析得到基于加权秩和比的失效模式,并与结构的最弱失效模式进行对比。针对最弱失效模式,分析隔震支座屈重比对结构时程响应的影响,得出该隔震桥梁的最优屈重比。结果表明：基于加权秩和比法的失效模式为中间墩支座最先失效,且所有隔震支座先于桥墩失效,与最弱失效模式的规律一致,该隔震桥梁的最优屈重比为7%,优化后桥梁的失效PGA增大了0.05g。     

历史建筑的隔震加固技术研究

应用隔震技术对历史建筑进行加固,不仅可以提高它的抗震能力,而且可以保护它原有的建筑风貌。本文研究了历史建筑的隔震加固技术,对隔震支座的布置原则、隔震结构的计算方法和隔震加固的施工工艺进行了探讨,提出了一种由滑板和橡胶支座构成的组合隔震系统。通过计算地震反应,分析了采用全部铅芯橡胶支座和组合系统进行加固的隔震效果。研究表明:与非隔震结构相比,采用全部铅芯橡胶支座隔震,可使层间地震剪力减小到30%～35%;采用组合系统隔震,可使层间剪力减小到25%～30%,两者均有明显隔震效果。     

层间隔震框架结构抗震性能分析

阐述了隔震支座的力学性能,推导了隔震系统的动力平衡方程,利用大型有限元软件SAP2000在7度罕遇EL-Centro地震波作用下对隔震层置于底层、三层及八层柱顶的层间隔震框架结构进行动力时程分析,包括楼层位移、剪力和加速度,并对计算结果与传统抗震结构进行比较分析。研究结果表明,层间隔震具有良好的隔震效果,但隔震层位置的高低对层间隔震的减震效果有较大的影响,隔震层位置越低,减震效果越明显。     

振动台模拟高层隔震结构多维地震反应的试验

目的为高层隔震结构设计理论和规范的编制提供试验依据．方法对缩尺为1：16两向高宽比分别为2．5和5的橡胶垫隔震结构模型进行三向地震动输入振动台试验．通过输入不同大小和类型的地震波，分析观察模型上部结构和隔震支座的地震反应．结果结构在小高宽比方向基本做刚体运动，大高宽比方向在强震时变形以第一振型为主，并有高阶振型的参与；在某些工况下，隔震支座竖向进入非线性受拉屈服状态；三向地震动发生时刻接近时，隔震支座水平面内产生最大变形．结论隔震上部结构减震效果较好；需特．别注意水平两向地震波峰值接近的情况；在某些不利地震动下，隔震支座进入受拉屈服状态，此时结构是不安全的     

支座对连续梁桥地震反应的影响分析简

基于midas有限元桥梁计算软件,建立三跨连续梁桥模型,确定合适的地震波,计算了某设计桥梁在静载作用下的支座摩阻力和汽车制动力对桥墩影响,通过对三跨连续梁桥不同支座在E1地震力作用下的时程分析法计算,得出了地震作用下的桥墩内力情况.结果表明,在E1地震作用下,结构在弹性范围内,采用减震支座和非减震支座的计算影响差别不大,并且严寒地区桥梁的桥墩强度设计是静力计算控制的.     

对连续梁桥减隔震支座抗震性能的比较分析

以厦漳跨海大桥北汊南引桥为依托,采用有限元非线性时程分析方法,比较分析了铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座对高烈度地区大跨径连续箱梁桥的抗震影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座增加了结构在地震作用下的振动周期和主梁梁端位移,减小了固定墩的受力。相比盆式橡胶支座,铅芯橡胶支座可以使主梁梁端位移增加20%~200%,固定墩内力减小36%~80%。说明铅芯橡胶支座能够通过增加主梁位移达到减小桥墩受力的效果,隔震效果明显。该研究成果可为同类型桥梁的抗震设计提供参考。     

大型渡槽智能隔震数值模拟

大流量渡槽上部结构质量很大,远大于一般桥梁的上部结构,在地震作用下,惯性力很大.为减轻地震作用,常采用隔震支座.但在地震作用下,隔震支座的位移可能过大,为了控制支座位移,采用磁流变阻尼器来进一步控制,形成所谓智能隔震控制.首先给出了某大型渡槽智能化隔震模型.智能隔震结构由隔震支座和磁流变智能阻尼器构成,然后对地震作用下的某大型渡槽进行时程分析.分析数据表明,智能隔震模型能有效减轻地震作用,同时又不会让渡槽槽身侧向位移太大,保证了槽身和支座的安全.     

不等高桥墩铁路减隔震桥梁钢阻尼支座地震易损性

以设置E型钢阻尼装置的不等高桥墩高速铁路减隔震简支梁桥为对象,建立考虑轨道约束的全桥非线性有限元分析模型,并进行100条地震动作用下的非线性时程分析.从基于性能要求的抗震设计思想出发,采用位移和能量双重破坏准则,提出同时考虑最大变形效应和累积损伤效应两方面效应的钢阻尼支座损伤指标,采用可靠度概率分析方法形成钢阻尼支座在不同损伤状态下的易损性曲线.结果表明,地震作用下不同支座在各损伤状态下的易损性差异明显,对于桥墩高度差异较大的铁路减隔震桥梁,宜根据桥墩刚度的不同进行减隔震设计,对刚度较小的高、中墩处的钢阻尼支座,设计时应留有必要的安全储备.     

叠层橡胶支座竖向刚度退化对隔震结构的影响

隔震结构在地震作用下,叠层橡胶支座竖向刚度随剪切变形增加而不断退化,对整体隔震结构产生的影响尚不明确.为此,通过ABAQUS建立不同层数、层高、柱距的隔震框架结构,支座本构采用修正的双弹簧模型结果.通过ABAQUS用户单元子程序UEL,采用FORTRAN语言编写了能够考虑支座竖向刚度退化的支座单元程序;输入实际罕遇地震波,对结构进行弹塑性动力时程分析,研究支座竖向刚度退化对结构地震响应的影响.结果表明:支座竖向刚度退化对结构柱底剪力、轴力、弯矩及梁弯矩有一定影响,地震响应放大系数结果为1.1～1.3;支座竖向刚度退化对支座剪切变形及上部结构层间位移影响较小.研究结果可为今后进行罕遇地震作用下隔震结构的计算分析提供重要依据.