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。     

新型摩擦滑移隔震支座试验研究

文中采用新型固体摩擦滑移材料,即二硫化钼固体润滑剂,研发了一种新型摩擦滑移隔震支座,并采用MTS电液伺服试验系统,对文中提出的新型摩擦滑移隔震支座进行了试验研究,在实验室测定了隔震支座的摩擦系数,得到不同竖向荷载作用下的隔震层摩擦系数。确定了滑移层的滞回曲线,并拟合了摩擦系数和竖向压应力之间的函数方程。测试了隔震支座的摩擦滑移系数及多种工况下的隔震性能,建立了相应的力学分析和计算模型,研究结果表明,二硫化钼固体润滑剂的摩擦系数较小,摩擦性能稳定,采用二硫化钼固体润滑剂研发的摩擦滑移隔震装置,构造和力学计算模型均简单,性能可靠,组合方便,便于应用,是一种较好的隔震装置。     

摩擦摆隔震支座在地震反应中的影响分析

本文以一座7层框架结构作为研究对象,运用有限元分析软件SAP2000,对摩擦摆基础隔震结构进行地震反应分析,输入地震波EI-Centro波,通过调整摩擦摆支座的摩擦系数,分析在不同的摩擦系数下结构的周期、基底位移、楼层加速度的影响变化,表明随着支座摩擦系数的增大,结构自振周期逐渐变小,楼层的滑动位移反应也呈减小的趋势,但楼层加速度反应会逐渐变大,为滑移隔震技术应用到实际工程提供了参考依据。     

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.     

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。     

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。     

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。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

近断层地震动作用下摩擦摆隔震体系的参数研究

首先以多自由度体系为研究对象,对近断层地震动作用下FPS隔震体系的地震响应进行分析。分析表明,随着摩擦系数的增大隔震支座位移显著减小,而顶层加速度峰值先逐渐减小达到最小值而后又逐渐增大。然后以摩擦摆隔震支座耗散的地震能量最大为目标函数,以顶层加速度峰值和隔震支座最大位移为约束条件,对FPS隔震体系的参数进行优化。研究表明,在近断层地震动作用下FPS隔震体系摩擦系数的最优取值范围为0.08~0.12,最优摩擦系数随着隔震周期的增大而略微增大,随着质量比和上部结构基本周期的增大最优摩擦系数的取值可稍偏小,上部结构阻尼比的变化对最优摩擦系数的取值范围影响较小。     

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。     

设置铅芯滑移隔震支座框架结构的地震响应分析

以设置铅芯滑移隔震支座框架结构为研究对象,建立实体空间有限元计算模型。通过与设置固定支座和无铅铅芯滑移隔震支座计算对比,分析研究铅芯滑移隔震支座的耗能性、自复位性、层间位移、各节点加速度以及地震输入结构能量和动能方面的优越性。结果表明:设置铅芯滑移隔震支座框架结构层间位移比未隔震结构大大减小,比无铅芯滑移隔震框架结构的小,且支座滑动位移小,地震输入结构能量和动能减少。分析结果进一步证明,铅芯滑移隔震支座具有良好的隔震和耗能性能,减小结构的地震响应,更具有工程适用性。     

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。     

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。     

考虑竖向地震作用新型三维隔震结构时程分析

竖向地震作用会引起额外的水平力并增大结构的P-Δ效应。本文将竖向地震作用引入到水平运动微分方程中,采用MATLAB求解非线性微分方程,研究了竖向地震作用对水平地震反应谱的影响,并在此基础上考虑竖向位移对新型三维隔震墩水平刚度的影响,进行了新型三维隔震结构非线性时程分析。研究结果表明:考虑竖向地震作用引起的P-Δ效应后,结构自振周期随时间变化,加速度反应谱值减小而位移反应谱值增大;结构高度越小、结构周期越长,竖向地震作用对反应谱的影响越大;考虑竖向地震作用及竖向位移对弹簧水平刚度的影响后,新型三维隔震结构加速度反应减小、位移反应增大,新型三维隔震结构减震系数可以控制在0.5以下。     

昆明团山幼儿园摩擦摆隔震体系结构设计与计算分析

采用摩擦摆隔震体系对昆明团山幼儿园3层钢框架结构进行了基础隔震设计。通过试验获得了摩擦摆隔震支座的竖向刚度,利用SAP2000对结构进行了动力弹塑性分析。分析结果表明,在地震作用下,隔震结构的层间位移角、层间剪力和楼面加速度响应比非隔震结构减小显著;在罕遇地震下,隔震结构仅出现少量梁铰、未出现柱铰,表明上部结构基本处于弹性,减震效果显著。     

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。     

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。     

刚性限位对基础隔震结构动力响应影响试验研究

为防止隔震层在极罕遇地震作用下出现过大变形而导致隔震设施损坏,部分隔震结构安装了钢墩或钢筋混凝土墩等刚性限位装置。为了研究刚性限位对基础隔震结构动力响应的影响,设计三层单跨钢框架基础隔震结构以及钢墩、钢筋混凝土墩、带橡胶垫层钢墩三种刚性限位器,并进行振动台试验。研究不同预留间隙时三种限位器对基础隔震结构的位移、加速度、接触力以及隔震支座竖向荷载等动力响应影响的规律。试验结果表明,刚性限位器能有效减小其隔震层位移,但也会对上部楼层产生较高大的不利响应,同时会增大隔震支座的竖向荷载,甚至使支座产生拉应力。在钢墩前设置橡胶垫层能明显减小上部结构的加速度响应,对上部结构位移响应、隔震支座竖向力及碰撞点处接触力影响不大。     

碟形弹簧竖向隔震结构振动台试验及数值模拟研究

提出了一种组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB),性能试验结果表明,DSB具有较低的竖向刚度和20%左右的竖向等效阻尼比。采用不同地震波进行了1/2比例的基础固定模型及DSB竖向隔震模型振动台试验,试验结果表明,DSB的竖向隔震效果显著,随着输入地震加速度幅值的增加,DSB竖向基础隔震模型的隔震层发生较大的竖向变形,而上部结构的层间相对位移变化不大,输入加速度幅值为0.4g时DSB竖向隔震模型的加速度反应降低了50%以上,结构顶层的位移反应降低了40%以上,具有明显的竖向隔震效果。最后利用有限元分析软件,采用时程分析法对相同工况时模型结构的地震反应进行了数值分析,并与振动台试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

设置改进型三重摩擦摆支座的双层网壳结构的地震响应分析

改进型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座,通过在传统三重摩擦摆支座四角设置黏滞阻尼器得到。将这种隔震支座用于双层球面网壳结构中,分析设置固定铰支座、传统三重摩擦摆支座和改进型三重隔震支座的三种不同支座的网壳模型。通过地震响应分析,提取了杆件轴力、节点加速度、柱脚反力和支座位移时程曲线。结果表明:与设置固定铰支座的双层网壳相比,改进型三重摩擦摆支座的结构地震响应大大减小;与设置传统三重摩擦摆支座的结构相比,杆件轴力及节点加速度略有增大,但是能有效地减小支座滑动位移,克服了摩擦摆支座因滑移位移大而在建筑中的使用大大受到限制的缺点,改善了下部柱子偏心受压的情况。阻尼器的存在还使上部结构和柱子之间产生拉力,使柱子轴力减小,进一步说明改进型支座具有抗拔性,满足拉压型构造的要求。