成都博物馆基础隔震结构隔震层抗拉性能设计研究

对不规则结构进行基础隔震时,在地震作用下会在隔震层的局部位置产生较大拉力,橡胶隔震支座易受拉破坏进而影响结构安全性。而采用抗拉限位装置可有效解决隔震层抗拉问题,但相关规范对此未提出相应设计方法及安全性能设计指标。结合已建成的成都博物馆基础隔震工程,通过橡胶隔震支座竖向拉伸及剪拉试验,提出橡胶隔震支座抗拉性能设计指标,并配套开发提升橡胶隔震层抗拉性能的抗拉限位装置,通过对整体结构模型在不同强度地震作用时程分析,提出了该不规则结构基础隔震时隔震层抗拉性能的设计方法及设计指标。研究实现了8度罕遇地震作用时,抗拉限位装置不参与工作或保持弹性工作状态;9度罕遇地震作用时,抗拉限位装置处于不屈服状态,橡胶隔震支座出现塑性,但仍具有很高的拉伸承载能力。     

隔震结构动力分析与优化

经过多次地震证明隔震结构能够极大的降低地震作用,工程界对隔震结构研究越来越多,但主要集中在隔震支座新形式及高层隔震应用上,而对多层常规隔震设计问题关注较少。文中通过对一则多层隔震框架结构的分析发现:多层结构支座型号选用主要由大震隔震层位移确定;当支座拉力较大时,建议优先采用调整地上柱网或隔震层转换等常规设计手段避免或降低支座拉力,常规设计手段无法解决时再采用抗拉装置或其他高抗拉支座。     

考虑橡胶支座拉压刚度不同取值对隔震效果的影响研究

目前,国内外在隔震结构分析计算中,隔震支座竖向刚度采用拉、压刚度相等的力学模型。但是大量的研究和试验表明,隔震支座的抗拉刚度只有抗压刚度的1/5~1/10。采用目前隔震支座模型计算时,必然会过大地计算隔震支座的抗拉刚度,并且放大了隔震支座的拉应力,不利于高层隔震结构的发展。为此,本文提出将一个橡胶隔震支座单元和一个间隙单元并联来模拟橡胶支座,能真实反映隔震支座的力学性能。算例分析结果表明,采用新模型的隔震结构支座没有出现拉应力,而其他力学指标相同。该力学模型可以应用到隔震结构的时程分析中,有利于高层、塔型等大高宽比隔震结构的发展。     

基于结构设计的基础隔震结构高宽比限值的研究

本文研究了橡胶支座基础隔震结构的高宽比限值。研究基于保证隔震结构在强震中不倾覆的两个充分条件,一个是橡胶隔震支座不能产生拉应力,另一个是隔震支座压应力不超过容许值。本文推导了隔震结构高宽比限值的显式并给出了针对不同建筑类别、不同设防烈度、不同场地条件和不同隔震层阻尼比的高宽比限值。在支座的轴力计算中,还考虑了竖向地震作用和荷载的最不利组合。研究发现,当控制条件为支座不产生拉应力时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而增加;当控制条件为支座压应力不超过容许值时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而减小。因此,存在一个临界周期使高宽比限值取得极大值。研究还发现,存在一个最大的隔震结构周期使高宽比限值等于零或隔震层位移超过容许值。将隔震结构的周期与临界周期和最大隔震周期比较,就可以得到相应高宽比限值的表达式。最后,按照简单、安全的原则,将各种工况下的高宽比限值进行了归并,给出了高宽比限值的设计建议值。同时,还按设计规范提供的结构周期计算公式计算了隔震结构的高度限值。     

基础隔震结构高宽比限值研究

本文研究目的是得到隔震结构在各种工况下的高宽比限值,这对隔震结构设计是必要的。橡胶隔震支座不能产生拉应力和隔震支座压应力不超过容许值是保证隔震结构在强震中不产生倾覆的充分条件。基于这两个条件,本文推导了隔震结构高宽比限值的显式并给出了针对不同建筑类别、不同设防烈度、不同场地条件和不同隔震层阻尼比的高宽比限值。在支座的轴力计算中,考虑了水平地震作用、竖向地震作用和重力荷载代表值的共同影响以及荷载的最不利组合。研究发现,当控制条件为支座不产生拉应力时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而增加;当控制条件为支座压应力不超过容许值时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而减小。因此,存在一个临界周期使高宽比限值取得极大值。研究还发现,存在一个最大的隔震结构周期使高宽比限值等于零或隔震层位移超过容许值。将隔震结构的周期与临界周期和最大隔震周期比较,就可以得到相应高宽比限值的表达式。     

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。     

具有常阻尼特征和抗拉功能的隔震支座试验研究

为解决传统橡胶支座在大变形下耗能能力不足的缺陷,提出一种具有常阻尼特征和抗拉功能的隔震支座,基本构造是在传统橡胶支座外部增加竖向耗能元件,阻尼力的水平分量可实现在不同变形下提供近似相等的水平等效阻尼比,提高橡胶支座大变形下阻尼水平,抑制罕遇地震作用下隔震层发生过大变形;阻尼力的竖向分量可以提供抗拉能力,抑制支座中橡胶部分的竖向拉应力。通过拟静力试验对支座的水平滞回性能进行了研究,结果表明:本文提出的隔震支座在不同变形下具有明显的常阻尼特征。     

新型叠层橡胶隔震支座的承载特性研究

提出了一种可以减小支座拉应力,增大极限变形能力的新型变截面叠层橡胶隔震支座,根据体积相等的原则建立新型叠层橡胶隔震支座和普通叠层橡胶隔震支座两种有限元模型,通过理论推导给出了变截面橡胶隔震支座屈曲应力随水平位移的关系,研究了新型支座竖向反力分布、屈曲应力及极限剪切变形等承载特性,指出:在相同的竖向荷载与水平位移的条件下,新型支座的最大拉应力减小了30%以上;新型支座的有效承压面积在剪切变形前期保持稳定,后期一直大于普通支座;普通支座要比新型支座更易进入屈曲状态;新型支座的极限水平位移大于普通支座。     

新型自复位三维隔震结构动力响应数值模拟分析

针对常规水平隔震结构竖向加速度被放大、钢弹簧三维隔震支座抗拉能力差且易发生提离失效等问题,研发新型自复位抗拉三维隔震支座,使结构具有三维隔震能力,防止支座发生提离失效。通过有限元分析软件SAP2000建立采用叠层橡胶隔震支座的常规水平隔震结构模型和采用新型自复位抗拉三维隔震支座的三维隔震结构模型,并对比分析不同地震波作用下的结构动力响应。研究结果表明,常规水平隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,但竖向加速度响应相对于地面显著增大;三维隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,竖向加速度响应相对于地面未出现显著放大现象;在地面峰值加速度为0.6g的工况下,常规水平隔震结构隔震支座进入受拉状态,但三维隔震结构隔震支座一直处于受压状态。     

隔震结构高宽比及支座竖向力分析

采用基于一阶振型的简化设计方法,推导出竖向地震、水平地震、重力荷载下支座竖向力计算公式,得出边支座拉应力和压应力的控制荷载组合,并讨论了支座竖向力、结构周期、场地类别、设防烈度、支座布置对隔震结构高宽比限值的影响。结果表明：(1)减少宽度方向的支座排数,可以降低罕遇地震下隔震结构支座拉应力;(2)重力荷载下支座压应力小于某界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下拉应力控制;大于界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下压应力控制,该界限点与特征周期以及上部结构特性相关;(3)隔震结构周期变长,高宽比限值会相应提高,合理选择隔震层刚度,可以将隔震技术用于高宽比较大的建筑。     

弹性滑移支座在高层隔震建筑中的应用研究

介绍了弹性滑移支座的基本构造、工作机理和力学性能;进行了弹性滑移支座和天然橡胶支座混合隔震和叠层橡胶支座隔震算例的对比分析,说明只要合理布置结构、设计好隔震层的恢复力特性,高层建筑采用隔震技术也可能达到较好的隔震效果;最后介绍了弹性滑移支座在日本两个典型高层隔震建筑中的应用实例.     

隔震橡胶支座拉压刚度在软件模拟单元的研究

隔震橡胶支座受拉是隔震结构的隔震层设计的非常重要的控制参数,本文通过etabs2013分析软件中Isolator1单元和Gap单元并联来模拟隔震橡胶支座,更真实反映隔震橡胶支座的竖向力学性能。本研究通过某一实际工程模型运算,根据支座拉压刚度分配Isolator1单元刚度和Gap单元刚度,分析数据显示新模型的隔震结构Isolator1单元拉应力明显减小,而其他水平性能指标不变。结果表明,该工程并联连接单元验算方法可以应用到隔震结构时程分析中。为实际工程分析提供了一定价值的参考。     

高层隔震结构提离摇摆耦合理论模型及振动台试验验证

基于受力及变形方程的微分求解给出高层隔震结构考虑支座水平及竖向刚度衰减规律和结构摇摆效应的耦合动力理论模型,并给出摇摆角、压应力及剪应变对隔震层水平及竖向的力学性质影响规律。对高宽比为5及25的隔震结构进行振动台试验研究,试验结果表明大高宽比隔震结构动力特性出现明显振型二阶效应,地震动作用下大高宽比结构隔震层摇摆角响应比小高宽比结构大,在输入地震动峰值06g时两者差值达到5倍以上,且大高宽比结构出现明显的支座受拉现象。对隔震层水平、竖向及摇摆响应的理论计算值和试验实测值进行对比,结果表明理论和试验结果较为一致。进一步分析4种高宽比隔震结构的摇摆角响应,得到摇摆角随高宽比增加而增大的结果。大高宽比隔震结构更易产生摇摆响应,隔震层的摇摆角不可忽视,因此高层结构在隔震设计中应考虑隔震层的摇摆响应和支座受拉的情况。     

层间隔震底层框架砖房阻尼的实用计算方法

本文提出了把隔震橡胶垫放置在上部砌体与底层框架结构之间的隔震措施 ;分析了层间隔震底层框架砖房的动力特性 ;得出了该类房屋的组合阻尼比     

地震作用下不同混凝土柱端叠层橡胶支座的应力和变形分析

近年来,在基础隔震中将叠层橡胶垫放置于地下室混凝土柱顶的串联隔震形式被大量应用,这样有利于地下空间利用,然而,在地震作用下,叠层橡胶支座既承受竖向重力荷载又承受水平和竖向地震作用,同时还受下端约束的影响,在这种情况下,叠层橡胶支座的受力与变形必然受到影响。针对这个问题,对三种串联隔震体系进行了有限元模拟。对比计算结果表明,混凝土柱刚度对于叠层橡胶支座的应力和变形影响较为明显,刚度越大叠层橡胶支座下端转角越小,达到塑性应力时位移越大。     

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。     

房屋建筑中间层隔震研究

房屋建筑隔震的新体系 中间层隔震不同于基底隔震。本文通过SAP2 0 0 0程序对某工程二层框架平台上多塔楼与平台间隔震与不隔震的对比分析 ,探讨了中间层隔震的隔震效果     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

软土场地大底盘多塔楼隔震结构分析研究

采用非线性时程分析的方法,以天津某教学楼为例,对软弱场地大底盘多塔楼隔震结构进行分析。采用大直径天然橡胶支座与铅芯橡胶支座组合隔震的方式对结构进行整体隔震,形成隔震层顶板作为大底盘承托上部多栋塔楼的复杂结构形式。对隔震与非隔震结构动力特性及层间剪力、层间位移进行对比分析,结果表明隔震结构性能良好。同时对工程设计中相关问题进行了探讨,证明软土场地上此类结构采用大底盘多塔楼隔震的可行性。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

 在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。