复合隔震支座在单层球面网壳中的参数分析(英文)

为解决目前大跨空间结构隔震中存在的问题,本文介绍了一种新型的三维复合隔震支座,并将它应用于某一单层球面网壳结构中.根据支座的隔震目标设计了40种不同类型的支座进行参数分析.结构分析采用时程分析法,通过改变地震动的强度,全面研究了该三维复合隔震支座水平刚度及竖向刚度变化对网壳结构周期、杆件轴力及节点加速度的影响,并总结了不同工况下的变化规律.结果可为该支座在网壳中的参数选择提供参考,对推动该支座在实际工程中的应用具有积极意义.     

碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座力学性能试验研究

对适用于大跨空间结构的碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座进行隔震性能试验研究,该支座由叠层橡胶与下部碟簧装置串联组成。水平方向,试验测试了简谐波激励下支座的滞回性能,考察了剪应变、竖向压力及加载频率对其水平力学性能的影响;竖直方向,对支座的等效刚度及等效阻尼比进行试验研究,考察了加载幅值、预压力及加载频率对其竖向滞回性能的影响,同时考察竖向刚度的变化对叠层橡胶支座水平力学性能的影响。结果表明,三维复合隔震支座在水平及竖向均有较好的滞回性能,水平方向等效阻尼比在0.07～0.11之间,其值随着竖向压力的增加而增大;竖向等效阻尼比在0.1～0.2之间,竖向加载频率对其影响不大;竖向刚度的降低使支座的水平等效刚度、等效阻尼比增加。     

大跨空间结构隔震减振体系研究综述（英文）

近年来,全球地震灾害频发,大跨空间结构受灾严重,造成严重的人员伤亡和极大的经济损失。为此深入揭示大跨空间结构的动力损伤破坏机理,发展韧性提升技术,已成为大跨空间结构领域研究的热点与难点。振动控制技术引起了国内外科研人员的广泛关注,然而目前结构振动控制技术的研究主要集中在框架结构和剪力墙结构中,缺乏针对大跨空间结构特性,如水平变形大、空间性强、动力特性复杂等特点的结合。开展大跨空间结构隔震减振研究,对提升结构韧性水平,最大限度减轻灾害风险具有重要意义。系统总结了近年来国内外隔震技术和减振技术在大跨空间结构中的发展动态及工程应用情况。对于隔震技术,首先介绍了国内外大跨空间结构中常见的水平隔震支座,如橡胶隔震垫、摩擦滑板等的力学特性以及利用形状记忆合金等对常见水平隔震支座进行的改进。随后介绍了大跨空间结构三维隔震支座研发及力学性能研究现状,如早期的空气弹簧组合支座和液压组合支座,近年来研发的碟形弹簧组合支座和厚橡胶组合支座等,在总结现有研究成果的基础上指出了目前存在的问题以及继续研发具有抗拔功能和转动功能的新型三维隔震装置的必要性。随后分别介绍了大跨空间结构的隔震机理、分析理论和设计方法,考察了隔震前、后大跨空间结构的动力响应特性,分析了不同强度、不同类型的地震动以及行波效应等对隔震结构地震响应的影响等,证明了隔震技术能有效降低大跨空间结构的地震响应。最后介绍了隔震体系在大跨空间结构中的工程应用,展现了隔震技术在实际工程中的振动控制效果。对于减振技术,首先介绍了国内外学者利用形状记忆合金的超弹性和高阻尼对常见的摩擦阻尼器和黏滞阻尼器等进行的改造和创新,以及智能控制和智能材料在大跨空间结构中的应用。指出现有阻尼器存在构造复杂、后期维护困难等问题,有必要继续提高大跨空间结构减振装置的耗能能力、自复位能力、抗疲劳性能及可更换性。随后以大跨空间结构中广泛应用的TMD装置、黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器为例,提出了阻尼器布置方法,研究了杆件替换率、地震动强度以及不同地震作用对减振效果的影响,证明了减振技术能有效降低大跨空间结构在地震、风等动力荷载作用下的响应。最后介绍了减振体系在大跨空间结构中的工程应用,展现了减振技术在实际工程中的减振效果。此外,探讨了大跨空间结构隔震减振体系面临的主要问题和发展方向。在隔震减振元件研发方面,还需进一步研发可应用的三维隔震支座以及同时具有耗能能力、自复位能力、抗疲劳性能及可更换性的新型减振装置;在理论分析方法方面,还需继续开展试验研究,提出准确、简单、实用的理论分析和设计方法;在智能控制方面,主动控制和半主动控制等在大跨度空间结构中的研究应用相对较少,还需继续开发新型智能材料,优化智能控制算法,改善被动控制控制效果不理想的问题;在抗震韧性评估方面,还需进一步提出大跨空间结构隔震减振体系韧性提升技术,为大跨空间结构的安全运行提供理论支撑和技术保障。可为大跨空间结构隔震减振体系的深入研究和进一步应用提供有益的参考。     

有初始转角的橡胶隔震支座水平力学性能研究

在采用橡胶隔震支座的大跨空间结构中,其支座的上下表面常常存在相对转角,针对这一问题,从两个方向对上下表面有相对转角的橡胶隔震支座的水平力学性能进行了研究.在转角为0.005 rad、0.01 rad和0.015 rad的情况下,对橡胶隔震支座进行了水平力学性能试验,试验结果表明,支座水平刚度会随转角的增大而减小.然后,运用ABAQUS软件进行了有限元模拟分析,对试验结果和有限元结果进行对比验证.最后,通过ABAQUS软件对有初始转角的橡胶隔震支座进行了参数分析.结果 表明:有限元分析得到的水平刚度与试验结果吻合较好,为参数分析提供了依据;有初始转角的隔震支座的水平刚度与加载方向有关;初始转角对叠层橡胶支座水平刚度的影响会随着初始转角、支座第一形状系数和支座第二形状系数的增大而增大;根据有限元结果给出了有初始转角的橡胶隔震支座的水平刚度计算公式,可供设计人员参考使用.     

新型三维隔震支座的力学性能试验及其隔震性能研究

针对目前三维隔震支座高度大易失稳的问题,提出一种新型三维隔震支座,其特点是通过将竖向隔震弹簧分为两段内嵌于连接水平隔震机构的上、下部结构之中,从而有效减小了支座高度,提高了隔震层稳定性。本文在系统研究了新型三维支座的工作机理、构造设计的基础上,针对竖向弹簧和新型三维支座的力学性能进行了拟静力试验,并讨论了水平剪应变、振幅、加载频率对新型三维支座竖向刚度的影响,最后基于数值分析方法对其隔震性能与传统支座的进行了对比,结果表明新型三维隔震支座具有良好的水平与竖向隔震效果。     

大跨度钢桁架隔震结构隔震性能及影响规律分析

由于大跨空间结构竖向振动问题突出,水平隔震支座难以有效控制结构的竖向地震响应。将摩擦摆水平隔震支座和空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨度钢桁架中,分析钢桁架水平隔震结构和三维隔震结构的隔震控制效果。结果表明,水平隔震和三维隔震均延长了结构自振周期,隔震后一阶振型为上部桁架结构沿水平方向的整体平动。时程分析显示,在普通地震动、近断层脉冲型地震动和远场长周期地震动作用下,水平隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.4%和9.2%,三维隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.8%和24.4%,水平隔震支座和三维隔震支座对桁架峰值等效应力的平均隔震率分别为4.2%和17.7%。水平隔震支座和三维隔震支座对桁架水平地震响应控制效果基本相同,三维隔震支座对结构的竖向地震响应控制效果更好。     

斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果

基于铅芯橡胶隔震支座的力学性能特点,研发了斜向滑动摩擦三维隔震装置。基于该三维隔震装置的组成构造和变形机理,提出了其竖向荷载-位移滞回模型,给出了各阶段支座刚度的计算公式。对三维隔震装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明：三维隔震支座在竖向具有变刚度特性,其滞回曲线饱满,不同加载速率和位移幅值下力学性能稳定;提出的滞回模型与试验结果基本吻合,可以有效模拟三维隔震装置的竖向滞回性能。通过三维隔震结构缩尺模型的振动台试验,认为三维隔震装置与传统水平隔震支座具有相当的水平隔震效果,同时可控制结构的竖向响应。     

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%。     

基于简支桥梁铅芯橡胶支座隔震性能研究

以某简支铁路桥梁为工程背景,基于该桥梁的工程背景设计了四铅芯橡胶隔震支座,研究了该简支桥梁结构的地震响应以及进行了隔震性能的研究。采用大型通用有限元软件ABAQUS对该工程中五跨简支铁路桥梁建立三维有限元分析模型,分析模型中桥梁支座由普通的盆式支座、基于该工程设计的铅芯橡胶支座,对这两种支座的隔震与非隔震简支桥梁的地震响应进行系统的对比研究,以评价该简支铁路桥梁的隔震性能。研究结果表明,与采用普通盆式橡胶支座的简支铁路桥梁相比,隔震后桥梁结构自振周期延长,桥墩墩底弯矩峰值、剪力峰值、曲率峰值均显著减小。     

抗拔型三维隔震支座力学性能研究

为解决传统隔震支座竖向抗拔能力较差,且不能对建筑结构进行竖向隔震等问题,提出一种具有较优抗拔能力的三维隔震支座,并研究了该支座水平及竖向自由度的力学性能.首先将具有竖向隔震能力的碟簧组装置与高阻尼橡胶隔震支座串联结合,然后在支座外部设计抗拔装置,共同组成抗拔型三维隔震支座.而后建立了三维隔震支座实用分析模型,并对其水平...     

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。     

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。     

Multi-objective fuzzy control of smart base isolated spatial structure

Base isolation systems are used widely to reduce the dynamic responses of structures subjected to a seismic load. Recently, research has been conducted actively on smart base isolation systems that can effectively reduce the dynamic responses of isolated structures without accompanying increases in the base drifts. On the other hand, control performance of smart base isolation systems for spatial structures has not attracted significant attention. This study examined the dynamic response reduction capacity of a smart base isolation system for a spatial structure subjected to seismic excitation. MR dampers and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system, and its vibration control performance was compared with that of the optimally-designed, lead-rubber bearing (LRB) isolation system. A fuzzy controller was used to effectively control the spatial structure with a smart base isolation system. The dynamic responses of the spatial structure with an isolation system conflicted with the base drift. Therefore, these two responses were selected as the objective functions to apply a multi-objective genetic algorithm to optimize a fuzzy controller. The numerical simulation results showed that the smart base isolation system proposed in this study can reduce drastically the base drifts and seismic responses of the example spatial structure compared to the optimally designed LRB isolation system.     

有初始转角的隔震支座在不同方向地震水平力作用下的力学性能研究

为了研究大跨度空间结构支座转动问题,对上下表面发生相对转动的橡胶隔震支座水平力学性能进行了研究。运用有限元分析软件ABAQUS研究了支座无初始转角时的水平性能,分析了有初始转角橡胶隔震支座在X向、Y向和45°向水平位移加载下的支座水平力学性能,得出了水平刚度与剪应变之间的变化关系。结果表明:X向和45°向水平位移加载时,在小剪应变下,支座水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角的增大而增大;Y向水平位移加载下,在大剪应变之前,水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角增大而增大;与无初始转角相比,有初始转角的橡胶隔震支座水平刚度较大,使得其在地震设防烈度下的隔震效果较差;在工程受力范围内,3种不同水平位移加载下,竖向压力的变化对水平刚度的影响较小。     

基于SMA—橡胶支座和碟形弹簧的球面网壳结构多维隔震

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高其抗震性能,采用SMA—橡胶支座和碟形弹簧形成分段隔震机制以降低结构的多维地震响应。本文建立了SMA—橡胶支座和碟形弹簧的隔震计算模型。进而,根据球面网壳结构多维隔震的动力方程,针对某单层球面网壳结构,开展了其在不同地震作用下的多维隔震控制研究。由时程响应的数值模拟结果可见,多维隔震网壳结构的杆件内力、加速度响应和位移响应较无控结构有了显著的降低,从而验证了所提出的多维隔震技术对于保护球面网壳结构免遭地震灾害破坏的有效性。     

SMA-橡胶支座在单层球面网壳结构中的隔震分析

对新型SMA-橡胶支座隔震单层球面网壳结构进行了系统的动力分析。给出了理论分析方法,编制了相应的计算程序。对某凯威特单层球面网壳在不同工况下地震响应的数值模拟表明,该新型隔震支座可有效降低空间网壳结构的振动响应。     

橡胶隔震支座温度相关性的研究进展

随着隔震技术的发展，橡胶支座隔震体系的应用环境日趋复杂，温度对隔震体系性能的影响逐渐成为工程界和学术界关注的重点。通过对比多种常用的可以考虑复杂因素的支座力学模型，发现其均不能模拟温度因素的影响。整理了橡胶及橡胶隔震支座温度相关性的研究，总结指出温度对橡胶隔震支座性能的影响主要包括低温瞬时硬化、低温结晶硬化及滞回生热等。梳理了现有考虑温度相关性的支座理论模型，发现国外学者侧重于计算铅芯自热的影响，国内学者则采用温度影响系数来修正支座的力学参数，但其均需要支座试验校正，具有较大的局限性。国内隔震设计规范中尚无关于温度效应的规定，且文献调研发现隔震结构分析中考虑温度相关性的研究甚少，需深入研究以建立关于支座温度效应的完整理论体系和规范指南。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及隔震效果分析研究

本文对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了实验研究。通过正弦波实验研究其力学性能,实验结果表明新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率对其等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大。然而加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座对其等效水平刚度与等效阻尼系数均有较大的影响。同时通过数值分析精确的定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

 在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。