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。     

三重摩擦摆非对称框架结构的动力响应分析

借助ANSYS软件分别模拟单摆和三摆隔震支座,通过提取滞回曲线得出三摆隔震支座的特点;然后根据非对称框架结构的自身特点,通过采用数值模拟对非对称结构设置三重摩擦摆新型隔震支座对在8度罕遇地震作用下的响应,根据上部荷载不同设置不同参数的三重摩擦摆隔震层,对其隔震效果进行分析比较。计算结果显示,采用三重摩擦摆隔震可使上部结构的地震反应显著减小。通过合理设置三重摩擦摆的关键参数,对隔震层和上部结构的位移进行调整,可实现对隔震层的水平位移、扭转振动以及平-扭耦联作用有效的控制,保证底层柱受力合理。     

复摩擦摆支座应用于楼面隔震研究

对复摩擦摆支座在楼面隔震中的应用进行了研究.在长期使用过程中,隔震楼板的上部质量可能发生较大变化,考虑到摩擦摆支座自身隔震周期与上部质量无关的特性以及复摩擦摆支座相较于单曲面摩擦摆支座更好的隔震效益,因此推荐复摩擦摆支座用作楼面隔震支座.为控制隔震楼板相对结构楼面的位移,可通过提高复摩擦摆支座的摩擦系数或附加粘滞阻尼器而实现.以一工程实例为背景,对比研究粘滞阻尼器+低摩擦系数复摆支座方案与高摩擦系数复摆支座的隔震效果,发现前一方案 可以保证不同加速度水平作用下隔震楼面的隔震效果,是一种较好的隔震配置组合.     

摩擦摆隔震层的瞬时偏心与扭转反应分析

摩擦摆隔震技术具有隔震周期与上部建筑的自重无关、自带摩擦耗能能力、隔震层没有初始偏心等优点,正逐渐被我国工程界所接受.但是,由于摩擦摆支座的水平刚度与其所受竖向力成比例,上部结构在水平地震作用下产生的倾覆力矩会使摩擦摆支座的竖向力发生变化,从而导致隔震层刚度中心偏移并可能使隔震层发生扭转.以一个摩擦摆隔震原型建筑的地震...     

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。     

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。     

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。     

FPS隔震底框住宅楼的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构非线性振动微分方程,通过数值模拟分析了摩擦摆隔震系统对结构最大地震响应的影响。结果表明,经过合理设计的摩擦摆系统能够显著改善上部结构的地震反应,并有效控制底部钢筋混凝土框架的水平侧移,从而具有良好的隔震性能。     

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。     

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%。     

摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻(Ⅱ)——摩擦摆隔震结构的性能分析及摩擦摆隔震技术的应用

本文回顾了曲面式、沟槽式及曲面沟槽混合式摩擦摆隔震结构的地震反应分析和试验研究进展,评价了各类摩擦摆隔震支座的减震性能,介绍了摩擦摆隔震技术的工程应用,分析了摩擦摆隔震技术研究与应用中存在的问题,提出了今后迫切需要解决的若干问题。     

滑动摩擦支座隔震桥梁地震反应分析

多滑面摩擦隔震支座具有刚度和阻尼的自适应性,在基于性能的桥梁抗震设计中有广泛的应用前景。本文以某近海连续梁桥为工程背景,考虑海洋软土条件,应用p-y法模拟桩-土相互作用,通过单摩擦摆（FPS）串联组成多滑动面摩擦摆支座（MFPS）模型,并建立全桥有限元模型。采用反应谱法和快速非线性分析（FNA）两种方法,对设置单滑面摩擦摆支座和多滑面摩擦摆支座的两种不同支座的隔震桥梁体系进行地震响应分析。对比分析两种方法得到的两种隔震桥梁结构的支座滞回性能和墩底剪力等的地震响应规律。研究结果表明,两种支座均具有较好的隔震效果,采用MFPS支座的桥墩的地震响应比FPS支座有所减小,且具有较大位移能力。     

摩擦摆隔震支座在地震反应中的影响分析

本文以一座7层框架结构作为研究对象,运用有限元分析软件SAP2000,对摩擦摆基础隔震结构进行地震反应分析,输入地震波EI-Centro波,通过调整摩擦摆支座的摩擦系数,分析在不同的摩擦系数下结构的周期、基底位移、楼层加速度的影响变化,表明随着支座摩擦系数的增大,结构自振周期逐渐变小,楼层的滑动位移反应也呈减小的趋势,但楼层加速度反应会逐渐变大,为滑移隔震技术应用到实际工程提供了参考依据。     

网架屋盖考虑下部结构的摩擦摆隔震控制

摩擦摆(FPS)是一种具有球形滑动面的隔震装置,可用于保护大型工程结构免遭地震灾害的破坏。近年来,大空间建筑发展迅猛,为了提高其抗震性能,将FPS安装于网格屋盖与下部支承结构之间形成滑移隔震机制以降低结构的地震响应。针对某网架屋盖及其下部支承结构,开展了FPS滑移隔震研究。采用大型通用有限元软件ABAQUS,建立了整体结构的三维模型,模型中包括接触面单元和梁单元,能够反映结构的非线性行为。通过非线性时程分析,研究了考虑不同参数时FPS对于上述结构地震防护的可行性和有效性。     

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。     

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.     

采用被动控制的四塔连体结构振动台试验研究

某四塔连体结构在顶部通过300m长的空中连廊在高度235m处连接,形成复杂的多塔楼高位连体结构。为减小地震作用下的结构响应及结构构件内力,采用被动控制方案,空中连廊与四栋塔楼的连接节点采用摩擦摆隔震支座,并设置阻尼器进行耗能与限位。为检验四塔连体高位减（隔）震结构的抗震性能,进行了1/25缩尺模型的模拟地震振动台试验研究。结果表明：采用被动消能减震的四塔连体结构满足抗震设计要求;摩擦摆隔震支座与黏滞阻尼器产生了良好的隔震与消能减震效果,空中连廊构件在罕遇地震作用下保持弹性工作状态。     

Finite element formulations and theoretical study for variable curvature friction pendulum system

The friction pendulum system (FPS), a type of base isolation technology, has been recognized as a very efficient tool for controlling the seismic response of a structure during an earthquake. However, previous studies have focused mainly on the seismic behavior of base-isolated structures far from active earthquake faults. In recent years, there have been significant studies on the efficiency of the base isolator when subjected to near-fault ground motions. It is suggested from these studies that the long-duration pulse of near-fault ground motions results in significant response of a base-isolated structure. In view of this, an advanced base isolator called the variable curvature friction pendulum system (VCFPS) is proposed in this study. The radius of the curvature of VCFPS is lengthened with an increase of the isolator displacement. Therefore, the fundamental period of the base-isolated structure can be shifted further away from the predominant period of near-fault ground motions. Finite element formulations for VCFPS have also been proposed in this study. The numerical results show that the base shear force and story drift of the superstructure during near-fault ground motion can be controlled within a desirable range with the installation of VCFPS. Therefore, the VCFPS can be adopted for upgrading the seismic resistance of the structures adjacent to an active fault.