基于改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座的层间隔震结构地震响应分析

基于三重摩擦摆隔震支座的优缺点以及SMA螺旋弹簧的特性,提出了一种改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座,介绍了改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座的构造特点和力学原理,并以大底盘单塔结构为例,利用SAP 2000软件分别建立了普通抗震结构、层间隔震结构两种结构模型,通过在罕遇地震作用下的动力时程分析,得出两种结构在地震作用下的不同响应(层间位移、楼层加速度、层间剪力、能量耗散),并对结果进行了对比分析。结果表明,改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果。本文为这类工程的实际应用提出了可行性建议。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

近场地震作用下三重摩擦摆隔震结构的动力响应分析

利用通用结构设计与分析软件SAP2000分别建立了一幢8层带裙房钢筋混凝土框架的抗震结构、三重摩擦摆层间隔震结构和三重摩擦摆基础隔震结构。对比分析了三种结构在近场地震中的动力响应。结果表明:(1)三重摩擦摆隔震支座不仅对远场地震有效,对近场地震依然有很好的减震效果;(2)对于三重摩擦摆层间隔震结构,由于隔震层下部结构为抗震结构,地震反应有所放大,设计时应该予以考虑;(3)近场地震作用下,三重摩擦摆隔震支座能够保证结构的变形始终限制在弹性范围内,限制了不规则结构出现平移-扭转的情况,从而避免结构发生严重的扭转破坏。     

摩擦摆隔震结构的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构的振动微分方程，进一步研究了该系统的振动形态。通过改变摩擦摆的摩擦系数和滑道半径，分析二者对结构隔震效果的影响。结果说明：摩擦系数对结构层间位移、基底剪力以及基底滑移量均有较大的影响；滑道半径对基底滑移量有较大影响，但对层间位移和基底剪力影响不大。     

单双层球面网壳的行波地震响应分析

本文考虑了地震波的行波效应,采用不同的视波速,对单双层球面网壳结构在行波激励下的反应分别进行了计算分析,并与在一致激励下的地震反应进行对比,考察了两者之间的差异,深入分析了大跨度单双层球面网壳结构在行波激励下的地震反应规律,得出了一些有益于工程实际的重要结论。     

基于抗拔型三重摩擦摆支座单层网壳的隔震性能分析

一般的摩擦摆支座不能竖向抗拔,限制了其在大跨度空间结构中的运用,故本文设计开发了抗拔型三重摩擦摆隔震支座。为研究该支座的隔震性能,将其运用在一跨度为80m的常用单层球面网壳中,进行在大震下的地震响应隔震分析。通过9度罕遇地震时程分析,分析单层球面网壳在考虑隔震支座后的位移及应力响应。与未加隔震支座结果进行对比分析。结果表明,后者的X向位移响应较前者相差约50%,Z向位移近70%,且后者杆件中几乎没有应力产生,说明该隔震支座运用于网壳结构中有良好的水平和竖向隔震性能。     

三重摩擦摆非对称框架结构的动力响应分析

借助ANSYS软件分别模拟单摆和三摆隔震支座,通过提取滞回曲线得出三摆隔震支座的特点;然后根据非对称框架结构的自身特点,通过采用数值模拟对非对称结构设置三重摩擦摆新型隔震支座对在8度罕遇地震作用下的响应,根据上部荷载不同设置不同参数的三重摩擦摆隔震层,对其隔震效果进行分析比较。计算结果显示,采用三重摩擦摆隔震可使上部结构的地震反应显著减小。通过合理设置三重摩擦摆的关键参数,对隔震层和上部结构的位移进行调整,可实现对隔震层的水平位移、扭转振动以及平-扭耦联作用有效的控制,保证底层柱受力合理。     

摩擦摆隔震支座在网壳结构中多尺度模型分析

为研究摩擦摆隔震支座在网壳中的隔震特性和局部受力特性,利用ABAQUS有限元软件建立摩擦摆支座的实体模型,并将其应用于网壳结构,建立网壳结构的多尺度模型,并对该多尺度模型进行动力分析。分析表明摩擦摆隔震支座的加入可以有效的延长结构低阶振型的自振周期,而对结构的高阶振型的自振周期影响很小。通过对网壳结构输入单向地震波,探讨不同地震动输入强度下摩擦摆支座水平刚度变化对网壳节点加速度峰值、节点位移峰值及杆件轴力的影响。研究表明随着地震强度增加,摩擦摆隔震支座的水平刚度变化对网壳隔震响应影响越显著。在强震作用下摩擦摆隔震支座发生局部破坏,但不影响整体模型的多尺度分析。     

网壳结构的三维地震响应分析

网壳结构是空间结构中常见的结构形式,利用ANSYS有限元分析方法,对局部双层网壳结构进行了地震作用时程分析计算,得到了结构杆件的内力和节点的位移,对结构动力响应在线性、几何非线性及几何和材料非线性情况下进行了分析对比。分析结果表明,网壳结构在三维地震作用下应该考虑几何和材料非线性的影响。     

双层曲面球形网壳结构支座刚度研究

根据实际工况建立双层曲面球形网壳的有限元分析模型,研究网壳架体与混凝土柱之间连接支座分别采用固定铰支座、滑动铰支座和弹性铰支座3种情况对网壳结构的影响,以及采用不同水平支承刚度的弹性铰支座时网壳结构杆件受力性能的变化情况。研究结果表明,采用弹性铰支座时网壳结构杆件轴力比采用固定铰支座和滑动铰支座小;从支座选型对网壳结构杆件受力的影响来看,采用有一定支承刚度的弹性铰支座对结构更有利;弹性支座的刚度建议取为2 000 k N/m。     

设置三维摩擦摆支座的北京工人体育场单层网壳罩棚竖向隔震性能研究

北京工人体育场为设置三维摩擦摆隔震支座(3D-FPB)的大跨网壳高位隔震结构。由于三维摩擦摆隔震支座的竖向刚度远小于传统摩擦摆隔震支座,可减小竖向地震作用,并调节不同支座之间的不均匀抬升。在有限元软件ABAQUS中建立了包含3D-FPB的大跨网壳模型,可准确考虑滑块在滑动面上抬升。进行罕遇地震弹塑性时程分析,并与采用普通FPB的模型对比,结果表明：3D-FPB可以降低网壳的竖向地震作用及悬挑端竖向加速度,减小对竖向荷载敏感的网壳构件的应力水平,并使相邻支座之间的竖向作用力分布更加均匀;当考虑支座不均匀抬升效应后,上部网壳的竖向地震作用及悬挑端竖向加速度增大;网壳构件在加载过程中始终保持弹性,在承载能力方面有充足安全储备。     

双层球面网壳屋盖结构的摩擦摆层间隔震研究

为了深入研究摩擦摆(FPS)隔震网壳结构的抗震性能,将这种隔震装置用于双层球面网壳结构的层间隔震。首先介绍了FPS支座的减振原理,建立了层间隔震网壳结构的运动方程。通过层间隔震双层球面网壳屋盖模型在三向地震作用下的时程分析,全面考察了屋盖结构、支承结构和FPS支座的地震响应。研究结果表明,FPS支座有利于保护整体结构,可有效地应用于球面网壳屋盖结构的层间隔震。     

三心圆柱面网壳弹塑性地震响应分析

通过对不同跨度、不同长度、不同支承形式以及不同厚度的三心圆柱面网壳进行数值计算,考察其在设防烈度及罕遇地震作用下的弹塑性动力响应特点.所有柱面网壳模型的杆件截面均根据非抗震设计工况满应力优化设计确定,并满足多遇地震作用的验算.通过对杆件进行单元细分并引入初始缺陷以有效模拟压杆的失稳.由规范反应谱生成三向人工波,采用非线性时程法计算网壳的弹塑性响应.基于计算结果,统计了7度、8度中震及大震作用下的结构塑性变形发展特点和塑性杆件分布区域.研究表明:网壳长度、跨度和厚度的改变会使结构出现较大的弹塑性响应差异;仅满足小震验算的三心圆柱面网壳在中震和大震作用下可能会失效,且失效结构的薄弱位置主要位于距支座1/4跨度的区域;网壳从薄弱区域杆件出现塑性应变到整体结构失效的时间间隔很短.为满足"三水准"的抗震设防目标,建议三心圆柱面网壳的抗震设计进行中震及大震验算.     

设防烈度地震下双层球面网壳的弹塑性响应分析

借助25个不同跨度、不同矢跨比、不同下部结构、不同支座连接条件的结构模型,考察双层球面网壳在设防烈度地震下的弹塑性动力响应性能.该25个模型的网壳杆件截面均根据非抗震设计工况的满应力优化设计确定,并满足多遇地震作用的验算.所有模型的结构分析均考虑上下部结构的共同工作,网壳杆单元采用了能够同时考虑受拉屈服和受压屈曲的等效弹塑性滞回模型.设防烈度地震下结构的弹塑性动力响应采用非线性时程法计算,地震波采用由规范反应谱生成的三向人工波.根据计算结果,统计了25个模型在7度、8度设防烈度地震下网壳塑性变形杆件的分布、塑性应变大小和结构残余变形,并对主要的影响因素进行了分析.研究表明,中小跨度双层球面网壳在7、8度中震作用下均未出现塑性变形杆件;大跨度双层球面网壳在中震作用下会出现一定数量的塑性变形杆件,其分布区域与下部结构刚度有关,但大多出现在中间圈层;矢跨比和下部结构的对称性是影响塑性变形杆件数量和塑性应变大小的两个主要因素.     

双层曲面球形网壳结构支座沉降有限元分析

应用有限元软件模拟双层曲面球形网壳结构在下部支承框架发生不同沉降时杆件受力及整体变形情况。研究结果表明,双层球面网壳结构在单个支座发生沉降的情况下,随着沉降量的增加,杆件的最大轴力不断增加,单个支座沉降量应控制在25 mm以内较为安全。多个支座同时沉降比单个支座沉降对结构整体刚度影响要大;网壳结构支座从两侧向中间发生有梯度的沉降,比从一侧向另一侧发生有梯度的沉降对网架影响要大。     

SMA弹簧-摩擦支座在双层球面网壳结构中的隔震控制分析

提出一种由形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)螺旋弹簧和平面滑动支座组成的SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)。根据SFB的构造和工作原理,推导了描述其力学性能的理论模型。为考察SFB在双层球面网壳结构隔震控制中的适用性和减振效果,将SFB设置在网壳屋盖与下部结构之间形成柱顶隔震机制。通过有限元分析软件SAP 2000建立含有下部结构的网壳结构隔震体系数值计算模型,针对这一网壳隔震体系的地震响应进行数值模拟。计算结果表明,SFB能够有效降低网壳结构的地震响应,并具有优良的支座位移控制性能与复位能力。     

单层球面网壳结构的地震响应分析

随着单层网壳结构的广泛应用，对其地震响应分析是非常必要的，本文对K8型单层球面网壳进行了地震响应分析，得到相应规律。     

带初始角度的摩擦摆支座单层球面网壳结构受力性能研究

将带初始角度的摩擦摆支座应用到单层球面网壳结构中,通过有限元分析,研究了单层球面网壳结构的受力性能。选取El Centro波、Taft波,在水平、竖向和三维地震作用下分析带初始角度的摩擦摆支座对单层球面网壳结构抗震性能的影响。结果表明:静力荷载作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,支座提供的水平支承力增加,单层球面网壳结构的内力和变形减小;当摩擦摆支座的初始角度小于15°时,在水平和三维地震作用下,网壳结构的减震效果相近,而在竖向地震作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,网壳结构的减震效果增加;建议摩擦摆支座的初始角度小于15°。     

三重摩擦摆支座多阶段隔震性能的控制参数分析

简要介绍了三重摩擦摆支座的基本原理和力-位移关系,分析讨论了三重摩擦摆支座用于数值模拟的串联模型及其数值模拟的实现方法。以一装设三重摩擦摆支座的六层钢筋混凝土框架结构为算例,利用串联模型模拟三重摩擦摆支座,采用SAP2000进行建模分析。选择3组分别对应众值烈度、基本烈度以及罕遇烈度水准的地震动记录,对该隔震结构动力模型进行非线性时程分析,研究了支座滞回特性以及中周期支座和长周期支座的参数变化对隔震结构地震响应的影响。分析结果表明:支座的滑移面半径和滑移面摩擦系数对中周期支座隔震结构响应的影响较大,而滑移面半径和支座位移能力对长周期支座隔震结构响应的影响较大。     

安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的地震响应分析

对安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的动力特性进行了分析,采用时程分析法对固定铰支座和弹性支座张弦网壳结构进行水平、竖向地震作用分析,分析了上下部结构协同工作对张弦结构抗震性能的影响。结果表明,张弦网壳结构的自振频率密集,结构的低阶整体振型以竖向振动为主,刚性网壳下布置索杆施加初始预应力可以提高结构基频;8度多遇地震作用下,张弦网壳结构的水平、竖向地震作用的内力和位移响应属于同一量级,大跨度张弦网壳结构的抗震设计需要对不同方向的地震作用进行分析;大跨度张弦结构应对屋盖与下部结构整体进行地震响应分析或合理地对下部结构的刚度和惯性进行等效。