铅芯橡胶隔震支座力学性能及隔震效果研究

介绍了铅芯橡胶隔震支座的组成和力学计算模型,并结合某实际工程,采用控制变量法对铅芯橡胶隔震支座的具体力学参数进行分析对比。分别对水平弹性刚度、水平屈服力、屈服后前刚度比和滞回参数进行比较,从隔震支座的相对位移、水平支座反力、连体部分位移和加速度等指标角度讨论最适合的参数选择,并得到最优的参数组合,同时根据优选的支座参数进行隔震效果分析,为隔震支座的工程设计应用提供了参考。     

软土地基结构隔震方案及其工程应用

依据我国建筑抗震设计规范反应谱曲线,分析了隔震周期、隔震结构水平向减震系数和隔震层水平位移之间的关系,结果表明在软土地基上采用传统隔震技术很难控制罕遇地震作用下隔震层的较大水平变位。若隔震层水平变位的控制不当,罕遇地震作用下很容易导致隔震支座的失稳或强度破坏。针对这一问题,提出了包括铅芯橡胶支座隔震方案,铅芯橡胶支座、叠层橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案,以及滑板支座、普通橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案的三种不同隔震方案来解决软土场地上隔震效果和隔震层水平位移限值的问题,并且依据隔震方案提供不同大小的阻尼比来满足不同层次的隔震需求。最后结合隔震工程实例分析验证了软土地基隔震方案的可行性。     

被动式变阻尼隔震结构减震效果分析

设计了一种速度相关型被动式变阻尼器,该阻尼器的阻尼系数可随速度响应大小瞬时阶梯可变,具有自适应和无需能源的优点。针对由该阻尼器与隔震支座组成的新型组合隔震体系,以6层钢筋混凝土框架模型结构为例,采用高阶单步控制算法计算并设计变阻尼控制率,数值计算了被动式变阻尼隔震结构的避震效果,并与采用铅芯橡胶支座隔震结构与磁流变阻尼器隔震结构的振动台试验结果进行了对比分析。结果表明:被动式变阻尼隔震结构的上部结构加速度与隔震层基底位移反应同时受到了控制,控制效果趋近于磁流变阻尼器隔震结构且优于铅芯橡胶支座隔震结构,该避震方式可适用于更大地震动输入,因而更具控制优势。     

基于组合支座的大底盘双塔隔震结构性能研究

采用弹性时程方法,对采用带铅芯的橡胶隔震支座与滑动隔震支座的组合布置形式的大底盘双塔高层隔震结构进行地震响应分析。主要包括结构的减震系数、结构层间位移曲线等。带铅芯的隔震支座主要布置在框架柱下,滑动隔震支座与橡胶隔震支座主要联合布置于中心核心筒下。结果表明,在多遇地震作用下,带铅芯的隔震支座可以提供有效的结构刚度及阻尼,滑动隔震支座可以最大程度的将地震能量转化为动能,高效率的调节隔震层的整体刚度。通过支座的合理布置形式,隔震结构的地震作用显著降低,水平减震效果非常明显。层间位移主要集中在隔震层,上部结构呈现为明显的整体平动。     

框架结构基础隔震方案的选择

某框架结构商场设计采用基础隔震,拟选用普通橡胶支座或铅芯橡胶支座,运用SAP2000有限元分析软件对两种隔震方案输入EI-Centro波进行非线性时程分析。结果表明,采用普通层叠橡胶支座的方案结构在前3个振型中增加的自振周期高于铅芯橡胶支座方案,且由地震引起各楼层的加速度略小于铅芯橡胶支座方案;采用铅芯橡胶支座方案各楼层的层间最大位移略小于普通层叠橡胶支座方案。综合考虑隔震效果、造价和施工等因素,该工程选用普通层叠橡胶支座方案更为合适。     

某混合结构组合隔震设计与研究

对某8度设防烈度区的某混合结构进行基础隔震分析与研究,隔震层选用弹性滑板支座、铅芯橡胶支座以及天然橡胶支座三种支座组合,以期达到较好的隔震效果。分析表明:采取弹性滑板支座组合隔震可以有效降低上部结构地震响应,满足隔震要求,同时结构位移也能控制在允许范围内。     

某平面不规则结构组合隔震设计研究

对处于7度烈度区的某平面不规则多层结构进行了隔震分析设计,隔震层主要由普通橡胶支座、铅芯橡胶支座组成,为控制隔震层水平位移,可布置粘滞阻尼器。对该结构的时程分析结果表明:采用组合隔震措施可以显著降低上部结构地震响应,同时也可以很好控制隔震层位移。     

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。     

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。     

滚轴-橡胶垫支座组合隔震体系的模型振动台试验研究

研究了由滚轴和橡胶隔震支座构成的组合体系的隔震性能.将这种隔震体系安装在一个5层钢框架模型上,滚轴和橡胶隔震支座各承担一半竖向荷载.在振动台试验中,分别输入相当于8度设防烈度的EI-Centro、Taft、Haehinohe、Tianjin地震波,测得各层X、Y两个方向的加速度反应和层间位移反应,试验表明,该组合体系具有明显的隔震效果.最后,用ANSYS有限元程序对该体系的隔震效果进行了分析.     

铅芯橡胶支座参数对隔震储罐地震响应的影响

利用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座的力-变形非线性行为,研究了两种高径比铅芯橡胶支座(LRB)隔震储罐的地震动力响应特征,系统探讨铅芯橡胶支座动力参数对隔震储罐地震反应的影响规律.研究表明:基底设置铅芯橡胶支座后,储罐有良好的减震效果,减震效果评价指标基底剪力、支座位移、晃动波高都得到有效控制.隔震频率是影响LRB隔震储罐减震性能的主要参数,屈服强度参数、支座阻尼比影响次之.增大支座屈服强度可增加有效隔震频率范围,降低支座位移,但不一定能起到降低波高作用.高隔震频率、无阻尼比工况时,储罐地震响应远超过未隔震时响应;增大阻尼比可同时降低支座位移和晃动波高.在高隔震频率下,存在最优屈服强度和阻尼比,使得基底剪力最小.为使隔震支座发挥最大减震作用,应根据储罐不同高径比特点来优化配置铅芯橡胶支座参数.     

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。     

钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法

层间隔震是当前抗震防护技术中的热点问题之一。本文首先给出钢筋混凝土弹性矩阵的等效计算方法以及普通叠层橡胶支座(RB)、铅芯橡胶支座(LRB)等效弹簧单元刚度矩阵的计算方法;接着采用ABUQUS软件建立框架数值模型并设置相应的边界条件;最后以一幢8层钢筋混凝土框架结构建筑为例,通过数值计算,比较分析了以RB橡胶支座和LRB橡胶支座作为隔震装置的两种层间隔震方案的优劣。计算结果表明:与传统结构相比,两种层间隔震方案都能大大降低上部结构的加速度、位移响应;上部结构运动近似于刚体运动,抗震效果明显。总体上看,LRB隔震方案优于RB隔震方案。本文方法对钢筋混凝土层间隔震技术的数值模拟研究有一定的意义。     

隔震支座不同布置对多高层框架结构抗震性能的影响

研究隔震支座对多高层框架结构减震效果的影响,框架结构在隔震支座不同布置方案下的不同动力反应,寻找更优的隔震支座布置思路达到隔震支座更充分的使用。以5层、10层和15层的框架结构为研究模型,使用YJK软件对多遇地震下对结构在4种不同隔震支座布置进行时程分析。结果显示,在多层建筑中采用隔震技术的效果比高层建筑更为明显;多层建筑中将铅芯橡胶支座布置在基础的外围能更好减少建筑的层间位移,吸收更多的地震能量。     

某体育馆隔震结构设计与应用

隔震结构设计属于结构性能设计范畴,通过合理设计隔震层,减少上部结构地震作用,以达到预期设计要求。结合工程实例,选用橡胶(铅芯)隔震支座作为隔震装置,采用简化方法和时程分析方法分析其隔震性能,重点分析了隔震结构减震效果和隔震层位移,均能满足规范要求。     

基础隔震结构反应谱研究

为简化基础隔震结构的设计计算,推广隔震结构的应用,研究了铅芯橡胶支座基础隔震结构设计反应谱与位移反应谱。利用ETABS软件建立单层基础隔震结构计算模型,输入45条地震动记录,进行基础隔震结构的动力时程反应分析,在时程分析和现有规范设计反应谱基础上,提出铅芯橡胶支座基础隔震结构的设计反应谱和位移反应谱计算公式,并用多质点隔震结构的动力时程分析结果验证了新建反应谱的可靠性。结果表明,与规范设计反应谱相比,新建反应谱曲线与多层基础隔震结构地震反应的时程分析结果较一致。     

PVDD装置隔震新体系设计方法与应用研究

被动变阻尼装置(PVDD)可输出可变阻尼力且不需外部能源,在被动变阻尼装置的试验研究基础上。将PVDD与铅芯橡胶支座组合成新型隔震体系,数值计算分析得到影响组合隔震新体系控制效果的因素。借助LQR控制算法对装置阻尼力的输出方案进行研究,实现对结构上部结构加速度和底层隔震层位移响应同时进行控制。在此基础上,针对该隔震新体系提出设计方法和流程,通过设计实例验证该设计方法的有效性。所做研究为组合隔震新体系结构振动控制的工程应用提供了研究基础。     

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%。     

考虑铅芯橡胶隔震支座力学性能退化的基础隔震结构地震作用研究

针对铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下由于铅芯温度上升发生力学性能退化的问题,通过压剪设备对铅芯橡胶隔震支座进行了快速水平往复力学性能试验,研究其在快速往复加载下水平剪切力学性能的变化。试验结果表明,铅芯橡胶隔震支座在快速往复荷载作用下,随着加载次数的增多,其特征强度显著下降,且前期下降的幅度比后期大,屈服后刚度在加载过程中变化较为平缓。然后基于试验结果,采用改良的广义Bouc-Wen模型,提出了铅芯橡胶隔震支座在快速水平荷载下力学性能退化的力学模型,然后基于铅芯橡胶隔震支座性能退化的力学模型,对一实际隔震结构进行仿真,研究该结构在长周期长持时地震作用下的动力响应。仿真结果表明考虑支座退化效应得到的隔震层位移和层间位移角不仅比不考虑支座退化效应得到的大,且最大值已超出设计允许范围,因此在基础隔震设计时建议要考虑铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下力学性能退化情况。     

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。