新型摩擦滑移隔震支座试验研究

文中采用新型固体摩擦滑移材料,即二硫化钼固体润滑剂,研发了一种新型摩擦滑移隔震支座,并采用MTS电液伺服试验系统,对文中提出的新型摩擦滑移隔震支座进行了试验研究,在实验室测定了隔震支座的摩擦系数,得到不同竖向荷载作用下的隔震层摩擦系数。确定了滑移层的滞回曲线,并拟合了摩擦系数和竖向压应力之间的函数方程。测试了隔震支座的摩擦滑移系数及多种工况下的隔震性能,建立了相应的力学分析和计算模型,研究结果表明,二硫化钼固体润滑剂的摩擦系数较小,摩擦性能稳定,采用二硫化钼固体润滑剂研发的摩擦滑移隔震装置,构造和力学计算模型均简单,性能可靠,组合方便,便于应用,是一种较好的隔震装置。     

新型滑移隔震装置减震性能有限元分析

基于二硫化钼材料的低摩擦系数、高磨损寿命和润滑性能可靠等优点,以软钢实体圆锥棒作为限位消能元件,设计制作了一种新型滑移隔震装置。采用MTS电液伺服试验系统测试了滑移隔震支座的摩擦性能,并建立了1个1∶5的5层框架结构的ABAQUS有限元模型,分析了不同摩擦系数和竖向地震激励下结构体系的动力反应。结果表明:设计的新型滑移隔震支座摩擦系数曲线较为平缓,且随着试验次数的增加,摩擦系数逐渐减小,最终稳定在0.04~0.05,二硫化钼材料的摩擦性能稳定、摩擦系数低,可以作为建筑摩擦滑移隔震系统中的滑移材料。随着摩擦系数的增大,结构的加速度反应增大,而相对位移却不断减小,较小的摩擦系数使上部结构偏于安全,但隔震层会产生较大的位移。相比X向单向地震,在竖向地震作用下结构的加速度反应和位移反应都有所增大,但其增大幅度都不超过10%,表明在竖向地震荷载作用下,滑移隔震技术依然有效。     

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.     

并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析

在建立并联复合隔震结构运动微分方程的基础上,通过数值模拟,计算并研究了不同加速度峰值下,给定摩擦承压比的多自由度并联复合隔震结构的自振周期、最大基底剪力、最大基底剪力系数、最大层间位移、层间速度、层间加速度等地震响应以及隔震层的滞回特性,并与普通抗震结构、夹层橡胶垫隔震结构、摩擦滑移结构进行了全面对比分析和讨论。结果表明:并联复合隔震结构由于充分利用了复合隔震支座的优点,能够显著降低结构的地震响应,并且具有优良的滞回耗能特性。     

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。     

既有砌体结构摩擦滑移隔震加固工程有限元分析

摩擦滑移隔震技术具有成本经济、设计简洁等优点,广泛应用于各类隔震建筑中。基于摩擦滑移的隔震原理,结合既有砌体结构的特征,设计出新型摩擦滑移装置,并将其应用于既有结构加固设计中。结合工程实例,通过建立3组不同连接方式的多层砌体结构模型,对比基础不同连接形式在罕遇地震下的加速度、基底剪力及位移反应。试验结果表明：摩擦滑移隔震装置的设置能够大大降低结构的地震响应。设置限位型的摩擦滑移连接也能起良好的隔震效果,限位装置的增加能够有效地减小底部滑移量,满足工程使用的要求。根据工程实例,对摩擦滑移隔震的“双基础圈梁”装置的具体构造,以及在加固设计中的平面布置及关键部位的构造等进行说明,为摩擦滑移技术在加固设计中的应用与进一步优化提供思路。     

预制混凝土剪力墙隔震结构振动台试验研究

为研究预制混凝土剪力墙(PCSW)隔震结构的抗震性能,设计了1个1/4缩尺结构模型,通过改变边界条件形成两种结构,分别为PCSW隔震结构及非隔震结构,并对其进行振动台试验.通过对结构动力特性和地震反应的对比分析,研究了PCSW隔震结构的减震效果和耗能特性.结果表明:高阻尼隔震支座具有较小的水平刚度,降低了PCSW隔震结构的自振频率;高阻尼隔震支座具有良好的耗能性能,提高了PCSW隔震结构的阻尼比;随着输入峰值加速度的变化,PCSW隔震结构的频率和阻尼比具有良好的稳定性;PCSW隔震结构的加速度、层间位移、基底剪力隔震效果明显;在输入峰值加速度400 gal时,顶层绝对加速度减震率达65％,顶层层间位移减小率达60％,基底剪力隔震率达48％;随着输入峰值加速度的增大,PCSW隔震结构的基底剪力隔震率呈增加趋势.     

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。     

抗拔型TFPB隔震结构动力特性及地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。本文以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构两种模型。通过模态分析,得到了结构的自振周期和振型参与系数;通过地震响应分析,得出结构各层间位移、加速度及剪力幅值,并提取了隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;各楼层的加速度幅值、层间剪力、层间位移幅值也相应地得到了控制,具有良好的减震效果。     

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%。     

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。     

昆明新国际机场航站楼A区结构模型振动台试验研究

通过对昆明新国际机场航站楼A区结构1/60模型进行地震模拟振动台试验,分析了结构形式复杂的大跨度基础隔震结构模型的设计方法,分别测试了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性、阻尼比及其在不同地震动输入时结构的加速度、位移、扭转等动力反应,以及大跨度网架的竖向振动等,研究了结构破坏机理和破坏模式。试验结果表明：基础隔震能够有效延长结构的自振周期、增加结构的阻尼比、提高结构的耗能能力;通过基础隔震,可以将水平地震输入加速度峰值降低到原来的40%,对竖向加速度没有降低作用,但通过对水平加速度的降低有效抑制了大跨度网架的竖向振动;烈度8.2度地震作用下隔震结构的位移、加速度、扭转等反应均比7.5度地震作用下非隔震结构的反应要小,且隔震结构在8.2度多遇和罕遇地震作用下结构的层间最大位移角分别为1/636、1/201。试验表明原型结构设计基本合理,采用基础隔震能够有效提高结构的抗震性能,隔震层以上结构在8.2度抗震设防烈度时的水平地震作用小于非隔震结构在7.5度抗震设防烈度时的对应值。最后针对试验及分析结果对原型结构设计提出一些改进建议。图8表4参4     

带限位装置的摩擦隔震结构动力特性及地震反应分析

提出了一种新型基础隔震模型,即带限位装置的摩擦隔震体系 (S- LF);基于此隔震模型,利用 Poincare映射法研究地面谐运动下 S- LF结构的运动特征;并利用高精度的精细时程积分法,通过对地震作用下 S- LF动力响应的计算,绘制了上部结构最大加速度反应谱和基底最大滑移量反应谱,并研究了各种结构参数对隔震的影响;通过与恢复力摩擦隔震系统 (R- FBI)和纯摩擦力滑移隔震系统 (P- F)的比较表明, S- LF的隔震性能优于 P- F和 R- FBI;最后通过对计算实例的分析发现,地震作用下 S- LF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。     

RC框架基础隔震结构抗震性能评价

为了研究按照"分离式"方法设计的隔震结构的抗震安全性,以丽江市人民医院门诊楼为例,在PERFORM-3D分析程序中,考虑隔震层、不考虑隔震层分别建立弹塑性隔震结构模型、弹塑性非隔震结构模型。对其输入各水准地面运动记录,进行非线性动力反应分析。结果表明:"分离式"设计方法中水平地震作用近似为倒三角形分布,与隔震结构的实际水平地震作用分布(近似均匀分布)不同,但因设计地震作用取值偏大,隔震结构仍具有比传统抗震结构更高的抗震安全性。罕遇水准地面运动激励下的层间位移角和基于构件变形的性能评价,均表明按照"分离式"方法设计的隔震结构抗震性能良好。     

基于ANSYS的多层框架结构隔震性能分析

采用ANSYS有限元分析法,对某8层框架结构进行隔震性能分析。通过采用铅芯橡胶基础隔震技术,分析框架结构地震反应的特点及其减震效果。对比分析隔震前和隔震后的抗震性能,可以看出结构采用铅芯隔震支座后隔震效果明显,隔震结构的层间剪力、层间位移、最大加速度都远远小于非隔震结构。     

云南省博物馆新馆隔震结构模拟地震振动台试验研究

云南省博物馆新馆是采用基础隔震结构的大型建筑,其隔震层采用铅芯橡胶支座与橡胶支座。该结构为 钢-混凝土混合结构,具有楼板不连续、竖向杆件不连续等特点,并且屋面钢桁架设有多层钢结构悬挂层。为研究该隔震结构的抗震性能,进行了1/30比例模型模拟地震振动台试验。结果表明,8度多遇、设防和罕遇地震作用下结构未出现破坏,结构自振频率未有明显变化,结构保持为弹性状态;在多遇、设防和罕遇地震作用下主体结构加速度放大系数小于1,设防烈度地震作用下,层间位移角小于弹性层间位移角限值;隔震层支座滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;结构在不同地震波作用下的加速度和位移反应不同。结构4～6层测点加速度放大系数和层间位移(角)略大,模型顶部钢桁架系统隔震效果不明显。     

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。     

罕遇地震下异形柱隔震结构时程分析

主要就异形柱隔震结构进行弹塑性动力时程反应分析,研究异形柱隔震结构的抗震性能.利用PERFORM 3D软件,对高烈度区同样条件的隔震与非隔震结构在罕遇地震下的加速度、位移与剪力等进行对比分析,最后得出在罕遇地震作用下异形柱隔震结构比非隔震结构能大大降低上部结构的地震反应.     

带抗拉装置高层隔震结构振动台试验研究

西昌（9度区）某高层基础隔震结构,其上部为框架-核心筒结构,总高度为58.3m（不计入隔震层）,隔震层采用铅芯橡胶隔震支座。为研究该隔震结构的抗震性能及检验带抗拉装置隔震支座的有效性,进行了缩尺比为1/15模型的模拟地震振动台试验。结果表明,隔震层降低了上部结构的加速度反应,隔震层上加速度放大系数小于0.5,可满足抗震设防烈度降低一度的设计目标;隔震结构的位移集中在隔震层,上部结构的层间位移较小,层间位移角满足规范层间位移角限值要求;隔震层力-位移滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力。罕遇地震作用下,支座出现拉应力,说明隔震结构在高烈度地震作用下存在倾覆的可能性。对角部隔震支座加装抗拉装置后,再次进行振动台试验,结果表明,抗拉装置不会对结构水平向动力特性及支座在正常受压状态下的竖向运动和水平向运动产生显著影响,通过对比证明了其在隔震支座受拉情况下提供的有效抗拉作用。