自保护隔震支座力学性能试验研究

为解决传统隔震支座不具备自保护能力的问题,研发了一种自保护隔震支座,并对其工作机理进行了阐述。据该隔震支座在不同侧向荷载作用下的工作特点可将其分为两个工作阶段。根据隔震支座的自保护能力要求对支座滑移材料进行了摩擦性能测试及择优分析,并对本次设计的自保护隔震支座及传统隔震支座进行了力学性能试验,结果表明:自保护隔震支座比传统隔震支座的竖向刚度最大降低幅值为21.91%,但仍具有足够的竖向刚度承受上部荷载,且这种差异随着竖向面压的增大而逐渐减小;支座在第一工作阶段的水平剪切变形加载下未滑动,发挥与传统隔震支座相同的功效,其滞回特性表现为典型的双线性特点;在第二工作阶段的水平剪切变形加载下支座开始滑动并摩擦耗能,其滞回曲线呈现为三线型特征,虽然有一定的捏拢,但滞回曲线的包络面积仍比传统隔震支座增加约86%;自保护隔震支座在第一工作阶段随加载速率的增加,屈服力和屈服后刚度均有增加,对应包络曲线的面积也呈增大趋势,整体的滞回曲线仍和传统铅芯橡胶支座相似,呈现出典型的双线性特性;在"第二工作阶段"启动后随着加载速率的变大,自保护隔震支座在复位段的捏拢现象逐渐减轻且支座在滑移状态下的性能逐渐趋于稳定。通过对试验曲线进行参数识别发现自保护隔震支座的恢复力模型可以采用呈捏拢效应的Bonc-Wen模型进行模拟,且拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅱ）——理论分析与试验结果比较

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先用Bouc-Wen模型模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向恢复力特性.在此基础上,提出一种双向水平地震激励下多跨连续隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并通过隔震连续梁桥结构模型振动台试验证实了所建立双向多自由度计算模型的正确性,以及铅芯橡胶隔震支座两水平方向力变形相互耦合作用模型的合理性.因此,对隔震桥梁LRB支座进行设计时,建议考虑支座恢复力的相互耦合作用;多维地震动输入时,特别是竖向地震分量较大时,进行橡胶支座设计时应考虑铅芯橡胶支座上有竖向拉力产生的情况.     

铜基面抗拔摩擦摆支座的力学性能研究

为克服现有摩擦摆支座聚四氟乙烯（TEFLON）摩擦面承压能力低和缺乏竖向抗拔功能的不足,对课题组的专利产品—竖向抗拔摩擦摆支座进行了力学性能研究。论文首先介绍了支座的基本构造,并建立了支座的理论模型。为验证理论模型的合理性,设计了竖向承载力3000kN铜基面的摩擦摆支座,并对其进行试验研究。试验测定了竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数,考察了竖向压力和滑移速度对摩擦系数与滞回性能的影响。结果表明：铜基面摩擦摆支座在正弦简谐激励作用下的滞回曲线为平行四边形,与传统摩擦摆支座的滞回曲线具有相同的特征,呈刚塑性;铜基摩擦摆支座的摩擦系数的平均值在0.096-0.109间;滞回曲线的测试结果与数值模拟数据吻合较好,验证了理论模型的合理性。     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

含新型滑移支座的并联隔震建筑实时混合模拟试验研究

滑移隔震支座是性能稳定、构造简单的隔震装置,介绍了一种摩擦界面涂有二硫化钼的新型滑移支座。为了解滑移支座的摩擦性能及含此支座的并联隔震建筑的隔震效果,对支座进行了拟静力试验、实时混合模拟试验和数值模拟。拟静力试验表明滑移支座的摩擦系数与水平加载频率及压强存在相关性。以滑移支座为试验子结构、铅芯橡胶支座及上部结构为数值子结构,进行了实时混合模拟试验,研究了滑移支座在地震作用下的响应,并通过与有限元模拟结果的对比,评估了并联支座的隔震效果。结果表明,采用新型滑移支座和铅芯橡胶支座的并联隔震结构具有良好的隔震效果。     

含新型滑移支座的并联隔震建筑实时混合模拟试验研究EI北大核心CSCD

滑移隔震支座是性能稳定、构造简单的隔震装置,介绍了一种摩擦界面涂有二硫化钼的新型滑移支座。为了解滑移支座的摩擦性能及含此支座的并联隔震建筑的隔震效果,对支座进行了拟静力试验、实时混合模拟试验和数值模拟。拟静力试验表明滑移支座的摩擦系数与水平加载频率及压强存在相关性。以滑移支座为试验子结构、铅芯橡胶支座及上部结构为数值子结构,进行了实时混合模拟试验,研究了滑移支座在地震作用下的响应,并通过与有限元模拟结果的对比,评估了并联支座的隔震效果。结果表明,采用新型滑移支座和铅芯橡胶支座的并联隔震结构具有良好的隔震效果。     

多维地震动作用下摩擦摆基础隔震结构能量反应分析

摘要：本文对摩擦摆基础隔震结构进行了能量反应分析,研究了多维地震动、地震烈度和支座摩擦系数对结构能量反应的影响,表明水平双向地震动输入时结构总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;而竖向地震动的参与使结构总输入能量略有增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构变形耗能比增大;随着地震动强度的提高,结构的总输入能量显著增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;随着支座摩擦系数的增大,结构的总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构的变形耗能比增大。     

并联基础隔震框架在竖向压应力变化时的隔震层性能分析

介绍了可以计算摩擦滑移支座受竖向力变化影响的有限元时程分析程序.研究了橡胶隔震垫与摩擦滑移板并联的组合式基础隔震层的动力特点和适用性,以3层框架为例分析了整体倾覆力矩、支座竖向差异变形对并联的组合式隔震层的影响;给出了隔震层位移曲线与摩擦支座竖向压力变化曲线.计算分析表明,由于摩擦滑移板竖向压应力的变化,引起隔震层水平动力性能产生变化,在设计中应予考虑.     

水环境下两种不锈钢静、动摩擦系数的试验研究

目前,有关摩擦系数特别是静摩擦系数的研究是比较薄弱的领域。研发出线接触方式下的静摩擦系数测试装置,研究了F6NM马氏体不锈钢与SA-336 Type304H不锈钢摩擦副在不同温度、应力、粗糙度水环境下的静摩擦系数和动摩擦系数。研究发现:随着温度的升高,静、动摩擦系数均增大;静摩擦系数随着应力的增大而增大,而动摩擦系数随着应力的增大有所波动。粗糙度对静、动摩擦系数的影响与压力与静、动摩擦系数的影响相同。     

斜向三维隔震支座的非线性力学性能试验及数值模拟研究

该文针对三维隔震结构较高竖向承载力和减震效果的需求,基于铅芯橡胶支座提出了斜向三维隔震支座,并基于铅芯橡胶支座的非线性力学本构模型,建立了考虑压缩应力及刚度衰减影响的三维隔震支座非线性竖向刚度计算模型。进行了倾斜角度分别为12°和15°的三维隔震支座模型力学性能试验,试验结果得到了该三维隔震支座滞回模型呈现出加载和卸载非平行特征,竖向刚度呈现非线性变化,以及角度和竖向位移对力学性能的影响规律。进一步对理论与试验结果进行对比分析,三维隔震支座的试验结果与理论计算值吻合。最后利用通用有限元软件建立不同倾斜角度的三维隔震支座数值分析模型,基于计算理论、静力试验及数值仿真结果分析了摩擦系数、剪应变、倾斜角度对三维隔震支座非线性竖向刚度的影响。     

刚性滑板-复位橡胶免承压支座隔震结构振动台试验

研发了一种新型自复位滑移摩擦隔震支座，该支座竖向支承和水平复位元件相互独立分离，摩擦耗能和自复位功能分别由刚性滑块和弹性橡胶完成。阐述了该支座基本构造及工作原理，提出并检验了该型支座的理论恢复力模型。设计并制作了3层装配式钢框架足尺模型，选用2条天然波及1条人工波，对基础隔震及非隔震结构进行7度(0.15g)多遇、设防及罕遇地震的地震模拟振动台试验。结果表明：新型支座的各组成部分本构关系独立明确、传力路径清晰，便于组装更换；采用该支座的隔震结构在各水准地震作用下的地震反应明显小于非隔震结构，隔震效果随试验地震动峰值加速度的增大而趋于显著；隔震层滞回曲线饱满，可有效吸收耗散地震能量，各支座始终保持较好的竖向稳定性，未出现倾覆提离现象，震后结构隔震层复位良好。     

摩擦曲面隔震结构动力学模型及地震响应分析

针对强震下摩擦滑移隔震系统位移较大且震后存在较大残余变形的现象,提出了一种摩擦曲面隔震结构体系,在地震作用和结构重力作用下上部结构绕隔震层曲率中心做往复滑移运动。建立了摩擦曲面结构的简化单质点双支座力学模型,基于模型的运动方程得到了支座轴力的表达式及其参数相关关系。完成了钢筋混凝土框架剪力墙结构模型的地震模拟振动台试验,试验结果表明摩擦曲面隔震结构相比于平面摩擦滑移结构,上部结构加速度略有增大,但在控制隔震层位移及支座应力方面具有更优的效果。进行了振动台试验的数值模拟,通过试验结果对比验证了正确性,并通过数值模拟分析了曲率半径和隔震层摩擦系数对结构响应的影响。     

固化压力对一种纸基摩擦材料摩擦性能的影响

基于本实验室制备的一种炭纤维增强纸基摩擦材料, 研究了固化压力对材料孔隙率, 动摩擦系数, 静动摩擦系数之比, 摩擦力矩曲线的影响。研究结果表明: 孔隙率随固化压力增加而下降; 动摩擦系数随制动压力的增加均呈下降趋势; 静动摩擦系数比值随制动压力的增加分布趋势较为复杂: 较低的固化压力条件下, 静动摩擦系数之比略有上升, 而较高的固化压力条件下静动摩擦系数之比则略有下降趋势; 摩擦力矩曲线随固化压力升高有轻微翘曲出现。综合考虑固化压力对动摩擦系数、 静动摩擦系数比值以及摩擦力矩曲线的影响, 在这种纸基摩擦材料成分不变的条件下, 其对应较为合适的固化压力约为3.4MPa。      

SMA弹簧—摩擦支座的滞回性能研究

研究一种新型形状记忆合金弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,SFB)的滞回性能。首先,研制了可用于SFB的大尺寸超弹性NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦因数的影响。最后,将SMA螺旋弹簧恢复力模型和摩擦力模型相叠加,建立了SFB的恢复力模型,利用该模型进行了数值模拟。研究结果表明:SFB可提供饱满的滞回曲线,耗能能力较强,且具有一定的复位能力;数值结果与试验结果吻合较好,验证了SFB恢复力模型的正确性。     

蛭石改性纸基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用湿法工艺制备了5种不同含量蛭石表面改性纸基摩擦材料,研究了蛭石含量对摩擦力矩曲线,动、静摩擦系数及磨损率的影响;同时对循环制动过程中动摩擦系数的变化趋势进行研究。利用扫描电子显微镜观察了纸基摩擦材料磨损前后的表面形貌。研究结果表明:随着蛭石含量的增加,摩擦力矩曲线中μi和μd值先降低随后有所增加,μo变化不大;动摩擦系数先减小而后有所增大,而静摩擦系数先增大再减小,磨损率增加;动摩擦系数随着制动压力和转速的增加而减小;循环制动过程中,蛭石含量为6%时试样具有较好的制动稳定性。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型EI北大核心CSCD

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

桥梁高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

高阻尼隔震橡胶支座是一种具有耗能性能的新型隔震支座,已经开始应用于桥梁减隔震控制中。为了研究这种新型隔震支座的滞回性能,选取用于某高速公路桥梁的高阻尼隔震支座进行竖向压缩和水平剪切加载试验研究,研究其竖向压应力、水平极限剪切应变、加载频率及加载次数对滞回性能的影响。研究结果表明:高阻尼隔震橡胶支座的滞回曲线较为饱满,耗能效果较好,且多次循环加载后其耗能能力未出现降低的趋势;加载频率对于支座的等效刚度和等效阻尼有一定的影响。     

带限位器滑移隔震砌体结构考虑竖向地震作用影响研究

本采用多质点层间剪切型模型，建立了带限位器基础滑移隔震多层砌体结构在考虑竖向地震作用影响下的运动微分方程及滑移与啮合状态判别准则。研究表明，竖向地震作用的存在，使结构下部各层特别是首层的层间位移，层间剪力增加，隔震层加速度增加，且随地震烈度、竖向加速度峰值增大而增加，并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能。建议在高烈度地区考虑竖向地震作用对结构反应的影响。     

复摩擦摆隔震性能的振动台试验研究

本文通过模型振动台试验研究采用复摩擦隔震支座(MFPB)的楼面隔震性能。试验结果表明,隔震层上部荷载变化对MFPB隔震效果没有影响;MFPB与黏滞阻尼器的协同工作能够控制隔震楼面的位移;竖向地震动对MFPB的水平隔震效果无明显影响;用SAP2000中的摩擦连接单元模拟MFPB隔震效果的精度是满足工程需求的。