近断层地震作用下不同隔震装置的RC框架抗震性能研究

对近断层地震作用下不同隔震支座对RC框架结构抗震性能的改善进行了对比研究。对比的隔震支座有:铅芯橡胶支座(LRB)、摩擦摆支座(FPB)以及恢复力-摩擦支座(R-FBI)。对基底隔震结构进行非线性时程分析。结果表明:通常LRB隔震框架会产生较其他两种隔震框架更大的顶层峰值位移、底层层间峰值偏移比以及支座峰值位移,即LRB隔震效果最差;FPB隔震框架与R-FBI隔震框架会产生非常相近的底层层间偏移比,而FPB隔震框架会出现较R-FBI隔震框架稍大的顶层峰值位移与支座峰值位移,即FPB隔震效果比R-FBI稍差,R-FBI隔震效果最好。     

极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。     

不同桥梁隔震橡胶支座力学性能对比试验研究

了解桥梁高阻尼隔震橡胶支座(简称HDR)与铅芯隔震橡胶支座(简称LRB)力学性能有何不同。采用试验研究的方法,对不同尺寸、不同生产厂家、具有相同橡胶剪切模量(简称G值)的HDR和LRB支座进行了剪切性能的应变相关性、温度相关性、极限应变及基本力学性能测试等试验,对比研究了它们对支座等效刚度、等效阻尼比的影响。研究分析表明,整体上来讲,应变对HDR的影响要弱于对LRB的影响,部分厂家的HDR对环境温度的敏感性要甚于LRB的敏感性,而温度对LRB的等效阻尼比基本没影响,HDR的初始刚度要大于LRB的初始刚度,大变形硬化程度要更甚于LRB的程度。最后给出了HDR和LRB支座水平力学性能相应的应变相关性、温度相关性拟合经验公式。     

基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法

为更加合理地进行基础隔震结构的抗震设计,以使用铅芯橡胶隔震支座(LRB)的基础隔震结构作为研究对象,提出了基础隔震结构直接基于位移设计(DDBD)的一体化抗震设计方法.对于给定地震水准下预先设定的性能目标(即LRB隔震系统最大水平变形和上部结构最大层间位移角),通过所提出的一体化抗震设计方法可以确定LRB隔震系统的力学...     

钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法

层间隔震是当前抗震防护技术中的热点问题之一。本文首先给出钢筋混凝土弹性矩阵的等效计算方法以及普通叠层橡胶支座(RB)、铅芯橡胶支座(LRB)等效弹簧单元刚度矩阵的计算方法;接着采用ABUQUS软件建立框架数值模型并设置相应的边界条件;最后以一幢8层钢筋混凝土框架结构建筑为例,通过数值计算,比较分析了以RB橡胶支座和LRB橡胶支座作为隔震装置的两种层间隔震方案的优劣。计算结果表明:与传统结构相比,两种层间隔震方案都能大大降低上部结构的加速度、位移响应;上部结构运动近似于刚体运动,抗震效果明显。总体上看,LRB隔震方案优于RB隔震方案。本文方法对钢筋混凝土层间隔震技术的数值模拟研究有一定的意义。     

超低硬度橡胶隔震支座力学性能的有限元分析

对G值约为0.196 MPa、直径600 mm的超低硬度天然橡胶隔震支座(LNR)和铅芯橡胶隔震支座(LRB)在竖向压应力作用下进行了有限元(FEA)初步数字模拟研究。建立了支座的精细有限元模型,并对其基本力学性能的有限元计算结果与理论计算结果、试验结果进行了对比,吻合较好,侧面验证了计算模型的正确性。通过对LNR和LRB在竖向压力下的有限元数值分析模拟,研究了天然橡胶隔震支座内部钢板应力特征、内部橡胶应变特征、铅芯橡胶隔震支座中铅芯应力特征、铅芯与内部钢板及内部橡胶的相互作用机理。LNR支座FEA初步分析表明,因硬度超低,靠近孔壁处内部橡胶在竖向压应力下较早表现出较大非线性,内部钢板在孔壁处较早出现一定程度的应力集中。LRB支座FEA分析中表明,铅芯与内部橡胶、内部钢板相互作用明显。     

面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法(即分离式方法),这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了LRB基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比(即铅芯屈服剪力与LRB基础隔震结构总重力的比值)使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的LRB基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的LRB基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。     

减隔震支座在桥梁设计中的应用

介绍了桥梁减隔震支座的工作原理及类型,从工程实例出发,对减隔震支座和普通支座进行了对比,总结了减隔震支座在工程实际中的应用情况,并指出减隔震支座是一种先进、经济的桥梁新型抗震技术,应用前景广阔。     

摩擦摆式抗震支座在现浇连续梁中的应用

以一座四跨连续梁桥为研究对象,结合土木工程通用有限元分析软件Midas分析地震力作用下桥梁使用普通盆式支座和摩擦摆支座对桥梁下部结构受力性能的影响,分析结果表明在地震力作用下,装有FPB隔震支座桥梁比非隔震支座桥梁具有良好的隔震效果。     

低矮砌体结构橡胶隔震支座力学性能研究

数量众多又缺乏抗震措施的村镇民居已成为我国抗震设防的薄弱环节,为解决这一问题,将日趋成熟的橡胶支座隔震技术应用到村镇低矮砌体结构民居中,分析其力学性能和设计方法。针对低矮砌体结构的特点,设计3种规格的橡胶隔震支座,通过拟动力试验研究隔震层在模拟地震作用下的破坏过程和滞回曲线,得到隔震层和支座的等效水平刚度、屈服后刚度、阻尼比等力学性能,分析其在不同强度地震作用下力学性能的变化,并对比支座的力学参数测定值。验证了按照底部剪力法对低矮砌体结构隔震支座进行设计的合理性,得到了适用于村镇低矮砌体结构的隔震支座的力学性能参数,提出了该类支座在地震作用下的破坏机理,并为制订村镇砌体结构隔震技术方面的相关规程提供试验数据和力学分析方法。     

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。     

Shaking table tests of bridge model with friction sliding bearings under bi-directional earthquake excitations

Abstract

The widespread use of seismic isolation to protect structures from damage has already been proven as an effective and economical method. In order to investigate the seismic performance and isolation effect of isolated bridge with the traditional friction pendulum bearing (FPB) and the novel triple friction pendulum bearing (TFPB), the force–displacement hysteretic relationships of FPB and TFPB were validated by the displacement-controlled tests, and the shaking table tests were carried out on a 1/10 scaled simple-supported bridge model with FPBs and TFPBs under bi-directional earthquake excitations. The effects of the friction coefficients and the radius of the TFPB on the seismic responses were analysed using the extensive experimental results. The experimental data and the numerical results show that the TFPB can be reliably used for the passive device to control the seismic response of the bridge, which could satisfy the demand of performance-based seismic design philosophy in high seismicity regions. In addition, the results illustrate that the bi-directional interaction of the TFPB has effects on the dynamic responses of the bridge. If the bi-directional interaction is ignored, the deck displacements are underestimated, which can be crucial from the design point of view.     

Seismic performance of column supporting single-layer reticulated domes with friction pendulum bearings

The friction pendulum bearing (FPB) has been widely studied as an effective dry friction sliding isolation device, due to its self-limit and self-reset capability. The refinement finite element models of FPB were applied to column supporting single-layer reticulated domes. The seismic performances of these structures with FPBs were systematically analyzed by finite element software LS-DYNA. Numerical results illustrate that the optimal friction coefficient of FPB increases with increasing earthquake intensity and the optimal range of friction coefficient locates between 0.025 and 0.15. The seismic effects of single-layer reticulated domes with FPBs are strengthened with the increase of curvature radius, while isolation effect of FPBs has no obvious change as the curvature radius exceeds 1.5 m. Additionally, the parameter selection principles of friction pendulum bearings for column supporting single-layer reticulated domes are given by means of investigating the force of the slider of FPBs and dynamic analysis of single-layer reticulated domes with FPBs.     

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。     

浮放石质文物减隔震保护研究

某些处于高烈度区的石质文物浮放于地面,面临安全隐患,本文基于减隔震理论对提高石质文物抗震性能进行了研究。首先采用规范公式确定了某佛像的隔震系数和支座刚度范围,进而采用时程分析程序对初选的减隔震支座进行了数值仿真验证,研究了高宽比为5.6的石佛像采用支座减隔震的可行性问题,获得以下基本结论:处于高烈度区浮放于地面的具有较大高宽比的石佛像文物的抗震性能存有隐患;科学合理的减隔震支座能对佛像等结构物取得显著的减震效果。文中石佛像减隔震设计及验证分析思路对类似工程有借鉴意义。     

橡胶垫基础隔震结构的减震性能分析

橡胶垫基础隔震技术作为一种有效的减震控制之一,在实际工程中得到了广泛的运用。对基础隔震结构非比例阻尼体系动力响应的时域解答进行了较详细推导,并用Matlab软件编制了相应的求解程序,最后以一栋5层剪切型结构为例进行仿真分析。分析结果表明,橡胶垫基础隔震能够显著降低结构的层间位移响应和加速度响应,提高结构的整体抗震性能。     

某摩擦摆隔震框架结构地震反应分析

介绍摩擦摆隔震支座的基本原理,采用可考虑动轴力和双方向耦合的FP模型建立摩擦摆隔震框架结构,分别用ETABS、SAP2000和MIDAS三个软件对摩擦摆隔震框架结构及其对应的非隔震框架结构进行模态分析、反应谱分析以及动力时程分析。结果表明:安装摩擦摆隔震支座能有效地控制位移、加速度和基底剪力等地震反应,削减构件内力;相比于多遇地震,罕遇地震下支座耗能性能得到更充分的发挥、结构响应降幅明显,减震效果更为理想。     

摩擦摆隔震支座在储液罐隔震的应用

由于储液罐类结构的特殊性,它的抗震问题一直没能得到很好解决。近些年,在国外特别是地震高发区,采用FPS摩擦摆动支座在工业用存储罐隔震方面获得了较大推广,并取得了非常好的减震效果。以Haroun-Housner模型提出的理论为基础,针对某附加摩擦摆支座的储罐结构进行了抗震分析。计算分析表明:FPS支座对于减少储罐结构的地震反应作用非常明显,FPS支座在极温变化下性能仍然十分稳定,特别是对于高寒地区,可以替代低温性能不稳定的铅芯隔震支座。     

基于摩擦摆支座的地铁车站减震控制参数敏感性分析

为研究摩擦摆支座参数对地铁车站结构地震响应的影响,以大开车站为研究对象,建立了三维精细化摩擦摆支座模型,开展了设置摩擦摆支座地铁车站结构的非线性动力时程分析。基于数值模拟结果,研究了摩擦摆支座滑面摩擦系数与滑面等效半径的不同组合对地铁车站结构地震响应的影响。研究发现,滑面摩擦系数与滑面等效半径的改变会明显改变地铁车站结构的地震响应,相比于滑面等效半径,滑面摩擦系数的改变对车站地震响应的影响更大。摩擦系数越小,车站中柱的地震响应越小。车站中柱的弯矩与变形随着摩擦摆支座等效半径的减小而增大,中柱剪力随等效半径的增大呈现出先减小后增大的趋势。