基础隔震结构设置摩擦阻尼器的地震反应研究

研究了采用滑移摩擦阻尼器的基础隔震体系在地震作用下动力反应分析的理论模型和数值方法,将计算结果与试验结果及与其它文献方法的结果作了对比分析,探讨了摩擦隔震反应的一些特点和规律,并进一步通过楼面反应谱计算对滑移附加衰减振动的影响进行了分析.该理论模型不论是否产生摩擦滑动,均将摩擦隔震层作为结构体系的一个广义计算质点,并将摩擦力模型化为速度相关型阻尼力,避免了不同摩擦阶段动力方程及其数目的反复转换.研究表明,本文方法及结果正确可靠,精度满足要求;设置摩擦阻尼器(或滑移支座)的隔震体系具有良好的减震效果,隔震层最大位移反应也较小,而残余位移还需通过有关措施来控制.由于摩擦隔震结构的滑移附加衰减振动使加速度反应的峰值增大,引起人们对摩擦隔震性能和效果的某些疑虑,本文计算分析指出,这种附加振动基本不会影响结构的滑动位移及其它减震特性,对楼面设施减震效果的影响也很小.     

采用摩擦摆支座的钢框架住宅隔震性能研究

基于有限元分析软件SAP2000适合做钢结构分析,利用SAP2000软件建立一个多层钢结构住宅的非隔震模型和采用摩擦摆隔震的隔震模型,并运用线性时程分析法对两种结构在多遇地震下的楼层剪力、层间位移、顶层加速度等地震反应进行动力分析。分析结果表明:摩擦摆隔震支座后多层钢框架住宅结构的水平地震反应明显低于非隔震结构,基础最大剪力减小47.3%。层间剪切力降低了44.7%,顶层加速度降低了33.8%。     

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。     

GPC和LQR算法在压电摩擦阻尼隔震结构中的应用

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成可控隔震系统,根据压电摩擦阻尼隔震系统的特性选择了线性二次型最优控制(LQR)和广义预测控制(GPC)作为整套隔震系统的控制算法,并将半主动控制算法作为控制输出策略;用时程分析法对结构的动力反应进行对比,验证了其隔振效果。结果表明:无论是多遇地震还是罕遇地震,这种隔震体系都可以大大降低结构的地震反应,其中各楼层加速度反应减小75%以上,层间位移减小70%~80%,结构的位移反应主要集中在隔震层;该控制算法大大降低了隔震层的位移,改善了控制效果。     

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。     

三维多层框架隔震结构非线性时程分析

对某多层框架隔震结构采用三维有限元模型进行了非线性时程分析，分析了该结构在地震作用下的动力特性和地震反应性能。分析结果表明，多层框架隔震结构的地震反应低于相应抗震结构的地震反应，在隔震结构设计中采用有限元法能更全面地，准确地反映隔震结构的地震反应性能。     

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。     

附设耗能装置的高层基础隔震建筑抗震性能研究

针对高层基础隔震建筑在地震作用下的动力特性进行分析研究,选择混合隔震控制的设计方案。建立高层基础隔震结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中构建上部结构与隔震层之间的非比例阻尼矩阵,并考虑地震作用下结构的非线性。通过对在上部结构附设黏滞性阻尼器的结构模型进行有限元计算,可以看出在地震作用时由于所设黏滞阻尼器与隔震层的协同工作,建筑物的地震响应有明显改善。同时对添加了黏滞阻尼器与叠层橡胶支座相结合的混合控制与单纯基础隔震的减震控制效果加以比较。分析结果表明:这种混合隔震体系可以有效地减小高层基础隔震结构的地震反应,提高其抗震安全性,取得较好的经济和社会效益。     

多层框架基础隔震体系非线性地震反应分析

运用大型有限元软件ANSYS对某多层框架基础隔震结构建立三维有限元模型。采用时程分析法进行非线性地震反应分析 ,讨论了该隔震结构的动力特性和在地震作用下的地震反应 ,并与基础固定结构对比。结果表明 ,利用ANSYS软件建立三维模型 ,进行地震反应分析是可行的 ,并能得到很高的精度 ;多层框架基础隔震结构的地震反应明显小于基础固定结构的地震反应     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

基础转动结构随机地震响应分析的复模态法

对多自由度基础转动结构随机地震响应问题进行了系统研究。针对用第一振型将上部结构展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构情况 ,用复模态法解耦 ,获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解 ,对单自由度体系 ,此解即为结构响应的精确解。该方法可用于隔震结构、加层减震结构、带TMD减震结构的随机响应分析与优化设计     

土–桩–隔震结构动力相互作用体系振动反应特性试验研究

软夹层地基条件必将会对隔震结构的隔震效率及其动力反应特性产生一定的影响。鉴于此,基于软夹层地基上基础隔震结构地震反应的振动台模型试验结果,对比分析了不同频谱特性和不同强度地震动作用下软夹层地基、基础隔震层和隔震结构的振动加速度反应特征,初步给出了软夹层地基上土–桩–隔震结构动力相互作用体系的振动反应特性及其规律。结果表明,试验设置的模型地基基本上能够反映软夹层地基的地震反应特性。同时,输入地震动频谱特性及其强度对软夹层地基上基础隔震层的隔震效率及其隔震结构的动力反应规律都具有明显的影响,造成上述影响的主要原因应为软夹层地基明显改变了输入地震动的频谱特性和强度,起到了天然隔震的作用,其具体影响规律和影响程度还需做进一步的深入研究。     

组合基础隔震系统地震反应分析

对组合基础隔震系统中叠层橡胶支座和滑板摩擦隔震支座的恢复力特点进行了研究 ,提出并分析了叠层橡胶支座的粘弹性模型和滑板摩擦隔震支座的粘刚塑性模型 ;即叠层橡胶支座采用弹性恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型 ;滑板摩擦隔震支座采用双线性库仑摩擦阻尼恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型。用提出的分析模型对振动台试验隔震房屋进行了三维非线性动力时程分析 ,并将分析结果和振动台试验结果进行了比较。结果表明所提出的分析模型不仅能有效预测上部结构的地震反应 ,而且分析和试验所得的隔震支座滞回曲线相似。     

滑移隔震结构滑移位移的数值研究

滑移位移是滑移隔震结构设计必需考虑的一个重要指标。本文通过动力时程分析 ,研究了不同地震烈度、不同摩擦系数、不同结构基本周期、不同场地类别以及复位向心机构对滑移位移的影响。结果表明 ,地震烈度越高 ,摩擦系数越小 ,滑移位移越大 ;场地卓越周期越长、结构的基本周期越长 ,滑移位移越大 ;而合适的复位弹簧刚度可以在不显著减小隔震效果的情况下有效地控制滑移位移。根据滑移位移的计算结果 ,提出了一些参数的选择范围和滑移隔震的应用范围 ,以供滑移隔震结构设计时参考应用。     

Parametric study on the Multangular-Pyramid Concave Friction System (MPCFS) for seismic isolation

A series of comprehensive parametric studies are conducted on a steel-frame structure Finite-Element (FE) model with the Multangular-Pyramid Concave Friction System (MPCFS) installed as isolators. This new introduced MPCFS system has some distinctive features when compared with conventional isolation techniques, such as increased uplift stability, improved self-centering capacity, non-resonance when subjected to near-fault earthquakes, and so on. The FE model of the MPCFS is first established and evaluated by comparison between numerical and theoretical results. The MPCFS FE model is then incorporated in a steel-frame structural model, which is subjected to three chosen earthquakes, to verify its seismic isolation. Further, parametric study with varying controlling parameters, such as isolation foundation, inclination angle, friction coefficient, and earthquake input, is carried out to extract more detailed dynamic response of the MPCFS structure. Finally, limitations of this study are discussed, and conclusions are made. The simulations testify the significant seismic isolation of the MPCFS. This indicates the MPCFS, viewed as the beneficial complementary of the existing well-established and matured isolation techniques, may be a promising tool for seismic isolation of near-fault earthquake prone zones. This verified MPCFS FE model can be incorporated in future FE analysis. The results in this research can also guide future optimal parameter design of the MPCFS.     

框架-核心筒结构与地基基础动力相互作用振动台试验研究

运用相似关系理论对某超高层框架-核心筒结构与地基基础进行了模拟地震振动台试验,以研究结构-地基基础动力相互作用对结构地震反应的影响以及柔性地基的减震效果。在试验基础上,对结构的振型和上部结构各层的最大位移进行了计算和分析,得到了结构的振动特性和动力响应。同时,还与相同加载条件的刚性地基结构模型的模拟地震振动台试验结果进行了对比。结果表明：柔性地基与上部结构相互作用改变了上部结构的振动特性和动力响应;结构的地震反应不仅与输入加速度峰值大小有关,还与输入的地震波的频谱特性有很大关系;柔性地基参与工作在地震作用强度较小时表现为对地震的放大作用,当地震作用强度达到一定大小时才会对上部结构有减震效果,而且地震作用越强,效果越好。研究结果可为超高层建筑结构设计及其与地基基础的动力相互作用的研究提供参考。     

滑移隔震结构的地震反应分析

本文提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型。基于此模型 ,利用高精度的精细时程积分法 ,计算滑移隔震结构的地震响应 ,绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱。通过对计算实例的分析发现 ,地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别     

滑移支座对结构地震响应的控制

通过动力时程分析 ,研究了不同地震烈度、不同摩擦系数、不同上部结构基本周期、不同复位弹簧刚度时滑移支座对结构地震响应的控制效果。说明滑移支座是一种有效的隔震措施 ,可以对上部结构的地震响应进行有效的控制     

基础滑动隔震技术在工程中的应用

本文介绍了由滑动摩擦元件和限位消能元件组合而成的基础滑动隔震装置,探讨了两种元件的基本性能和其匹配关系,并进行了等效质点系模型振动台试验和数值分析,提出了该体系的设计方法,试验研究表明,采用本文建议的基础滑动隔震装置,能显著地降低上部结构的地震反应,使结构的抗震性能获得显著改善。