摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

FPS隔震体系振动台试验与有限元模型对比分析

设计制作了一种摩擦摆隔震支座,并将其置于基础与上部结构之间,完成了一6层单跨钢框架摩擦摆隔震体系模拟地震振动台试验。针对不同场地从模型振动台试验和有限元计算两个方面进行了全面研究,并将两者结果进行比较。试验及有限元分析结果表明:理论分析和试验研究结果吻合较好,摩擦摆隔震装置能够有效的延长上部结构的自振周期,限制隔震层过大位移,同时具有自动回位的功能,有效减少了地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显。     

摩擦摆隔震高层框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能,提出了摩擦摆隔震设计的具体流程,并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果,制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果,研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应,对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震,该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性,设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修;结构的楼层响应显著降低,摩擦摆完全起滑后,地震强度越大,摩擦摆的隔震效果越好,且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力;在9度罕遇地震作用下,剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升,对摩擦摆的滞回性能产生影响。     

Shaking table test study of high-rise frame-shear wall structure isolated by friction pendulum bearings

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能，提出了摩擦摆隔震设计的具体流程，并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果，制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果，研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应，对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震，该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性，设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修；结构的楼层响应显著降低，摩擦摆完全起滑后，地震强度越大，摩擦摆的隔震效果越好，且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力；在9度罕遇地震作用下，剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升，对摩擦摆的滞回性能产生影响。     

某采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构设计与分析

对一个采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构工程案例进行详细的设计与分析。对比了结构计算软件中摩擦摆隔震支座单元的计算模型与实际摩擦摆隔震支座试验力学性能的差异以及带来的误差,分析了摩擦摆隔震支座隔震方案与叠层橡胶隔震支座隔震方案在设计中的异同点。结果表明:摩擦摆隔震支座的力学性能在现有结构计算软件中得到很好的模拟;摩擦摆隔震结构能够取得和叠层橡胶隔震支座相近的隔震效果,且不需要经过专门的隔震层刚心调整就能有效抑制隔震层的地震扭转反应;摩擦摆隔震支座的连接螺栓不会承受竖向拉力的作用,相关预埋件长度可以大大缩短,降低施工难度。     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明：相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。     

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。     

山地掉层框架隔震结构振动台试验研究

在山地掉层结构的上、下接地层设置橡胶隔震支座,形成山地掉层隔震结构。为研究山地掉层隔震结构的抗震性能,对某8度抗震设防区掉2层1跨的7层钢筋混凝土框架结构以相似关系1∶10制作了振动台试验模型,通过在试验模型底部安装和拆卸橡胶支座的方法分别进行了掉层隔震与非隔震结构模型的振动台试验,对比分析了山地掉层隔震与非隔震结构模型宏观试验现象、频率变化、楼层加速度、楼层位移以及混凝土应变的区别。结果表明：与山地掉层非隔震结构相比,山地掉层隔震结构的扭转效应减小,地震响应得到有效控制,其抗震性能明显高于非隔震结构,且安全储备高;将隔震技术应用于山地掉层结构中是可行的。     

摩擦摆隔震框架结构振动台试验研究

摩擦摆是一种常见的隔震装置,将基础和上部结构隔开,在地震发生时起到保护上部结构的作用。为研究摩擦摆隔震结构在地震作用下的响应,设计一个4层框架抗震结构与一个隔震结构以及它们对应的缩尺模型,选择了2条天然地震动和1条人工地震动,分别对2个缩尺模型进行振动台试验。试验考察2个结构的动力特性、层位移响应、楼层加速度以及隔震层的响应。研究表明：摩擦摆具有良好的隔震能力,能显著降低层位移以及楼层加速度,降低的幅度超过50%。     

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。     

弹性滑板复合隔震模型振动台试验研究

进行了复合隔震模型振动台试验,通过调整隔震层中弹性滑板支座数量,研究隔震层摩擦承压比的变化对结构基底剪力系数、位移反应及频谱特性的影响。试验结果表明,弹性滑板数量适中的复合隔震结构,在合理摩擦承压比范围内时,是一种隔震性能良好的隔震体系。     

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。     

FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析

FPS摩擦摆是一种新兴的隔震装置,具有良好的限位复位功能。本文将FPS摩擦摆置于基础与上部建筑之间的隔震层,成功地完成了5层框架的FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验,这也是我国进行的第一个运用FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验。试验结果分析表明:FPS摩擦摆隔震装置能够有效地延长上部建筑物的自振周期,减少地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显,不失为一种有效的隔震装置。     

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。     

高层隔震结构振动台试验模型设计的几个特殊问题

随着隔震技术的发展,其在高层建筑结构中的应用得到了广泛的关注。高层隔震结构在振动台试验模型设计时有诸多问题值得重视,这些问题将直接影响到振动台试验结果的准确性。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,阐述了隔震结构振动台试验模型设计的基本流程和思路。提出了高层隔震结构模型设计不同于普通结构模型设计的几个特殊问题,包括大质量底座在相似设计中的处理、隔震支座等效的数量问题以及试验模型周期的估算等,以期为今后隔震结构振动台试验模型设计提供一定的参考。     

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。     

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。     

强震下摩擦摆隔震结构动力响应及减震性能研究

为探究摩擦摆支座隔震结构的动力响应及减震性能,以某钢筋混凝土框架结构为研究对象,使用SAP2000软件,分别建立摩擦摆隔震结构和非隔震结构两种模型,通过对比分析结构的位移、塑性铰、能量耗散等指标,为摩擦摆支座在实际工程中的应用提供参考。研究结果表明,摩擦摆隔震支座的应用使结构自振周期增大,使结构在地震动作用下的动力响应和层间剪力减小,有效避免了结构因为层间剪力过大而破坏的现象出现;在相同地震动输入条件下,隔震结构进入塑性产生塑性铰的构件始终少于非隔震结构,隔震结构发生塑性破坏的时间节点滞后于非隔震结构,且隔震结构具有优异的滞回耗能能力,能显著减小地震动输入到结构中的能量;摩擦摆隔震支座具有良好的隔震效果,是一种高效的隔震措施。     

组合隔震砌体“等代结构”模型试验方法初探

某六层砌体结构采用橡胶支座与叠层橡胶滑板支座并联组合作为隔震层.考虑到振动台的性能及砌体结构模型试验的特点,从某砌体结构中提取部分结构作为等代结构,满足原整体结构作用及效应相似的要求;然后对等代结构进行缩尺模型设计、制作与试验.试验分为隔震和非隔震两阶段,通过对比其动力反应,由模型试验结果分析原型结构的抗震性能,并将试验结果与数值模型分析结果进行了比较,表明该隔震结构试验较好地揭示了隔震结构的反应特点,采用“等代结构”进行模型振动台试验 是合理和有效的.