结构被动减震与隔震技术研究现状—第十届全国结构工程学术会议特邀报告

作者通过相关的研究工作及查阅大量的资料,对国内外建筑结构利用被动控制装置减震与隔震技术的研究现状作了详细的介绍,有利于有关人员今后的研究工作。     

核电厂结构竖向隔震理论及设计应用

为了控制核电工程在地震作用下的竖向振动和摇摆效应,我国第三代CAP1400型核电厂有必要在水平隔震研究的基础上,讨论采用竖向隔震技术的可能性.结合倾斜旋转型三维隔震支座和CAP1400型核电厂的结构参数,提出竖向隔震理论模型,计算核电厂结构的竖向振动、摇摆效应与隔震支座刚度的关系曲线.通过动力分析得到最优的隔震支座布置...     

高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应     

核电厂隔震结构的振动台试验研究

将基础隔震技术应用于核电厂的设计和建造,不仅可以实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计,缩短设计和建造周期,提高核电厂建设的经济性,而且可以提高结构的抗震裕度,有效抵抗超过设防烈度的地震动。为此,该文分别采用传统橡胶隔震支座和厚层橡胶隔震支座,制作传统水平基础隔震模型和三维基础隔震模型,结合油阻尼器控制核电厂结构的地震响应。通过振动台试验和数值模拟,对比了隔震模型和非隔震模型在时域和频域的地震响应。研究表明,在水平方向,两种隔震结构的水平加速度相对于非隔震结构均可以降低约50%;在竖直方向,三维隔震结构的楼层反应谱峰值向低频2Hz~3Hz移动,避开了设备和管道的主频率范围10Hz~20Hz,即可以实现设备和管道的竖向隔震。同时,试验和分析均证明对隔震层附加约为15%的水平阻尼比,可以有效降低结构的地震响应,并使水平楼层反应谱峰值减小约50%。     

建筑物结构减震控制问题探索

建筑物的抗震设计,首先要求建筑物能持续支持自身重量,其次能够通过结构构件的强度和延性来吸收地震输入的能量。主要分析结构减震控制相关内容,在此基础上,重点探讨基础隔震技术发展,指出组合隔震体系比传统隔震体系有更好的隔震性能。     

三维远场长周期地震下层间隔震结构减震性能分析

实际地震具有多维特性,只在水平方向考虑往往不够真实全面,而且远场长周期地震不同于普通地震,具有周期长,持时长、低频成分丰富等特征,对周期较大的隔震类等结构会产生不利影响,需深入探讨。选取6条远场长周期地震和3条普通地震作为地震输入,对大底盘层间隔震结构模型,进行罕遇地震下的动力弹塑性分析。针对结构出现的层间位移角与隔震支座位移超限问题,设置三维隔震支座,并与设置传统水平隔震支座结构进行地震响应分析对比。结果表明：三维远场长周期地震下,大底盘层间隔震结构地震响应显著增大,层间隔震结构减震性能变差;三维远场长周期地震下,采用传统水平隔震支座时,结构层间位移角与隔震支座位移出现超限问题;采用三维隔震支座后,可解决超限问题,结构的层间位移角、层间剪力均明显减少,且对竖向地震力也具有良好减震效果。     

近断层脉冲地震作用下调谐型阻尼器对隔震结构的减震控制

为研究调谐型阻尼器对隔震结构在近断层脉冲地震作用下的减震效果,基于H^∞和H²优化准则整理了调谐质量(TMD)、非传统调谐质量(NTMD)、调谐惯容(TID)和调谐粘性质量(TVMD)等4种典型调谐型阻尼器的最优参数理论计算公式,筛选出100条近断层脉冲地震动作为输入,采用单自由度体系对隔震结构进行数值模拟,分析了优化准则、阻尼器类型和质量比、隔震结构周期和阻尼比、地震动差异等对减震效果的影响。结果表明：4种同质量比的调谐型阻尼器对隔震层位移的减震效果由低到高依次为TMD、NTMD、TID和TVMD,设计参数应优选H²优化准则;质量比为0.1的调谐型阻尼器对隔震周期小于等于3.5 s且阻尼比小于等于0.1的隔震结构的减震率可达10%~25%;调谐型阻尼器的减震率随质量比的增大呈对数增长趋势,由于地震动的差异而表现出显著的离散性,在时域内表现出发挥作用的滞后性;在元件参数取值相同时,TVMD的减震效果要明显优于其它常见阻尼器;TVMD对上部结构的绝对加速度响应有所减小或少量增加。建议优选TVMD控制隔震结构在近断层脉冲地震作用下的地震响应。     

基于结构设计的LRB基础隔震结构水平向减震系数研究

现行的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中隔震结构的上部结构地震作用计算采用水平向减震系数的方法,不同的水平向减震系数对应着隔震后上部结构水平地震作用所对应的烈度分档。由于水平向减震系数与基础隔震系统的力学性能参数密相关,但对于两者之间的变化规律所开展的研究较少。该文以目前国内外最为普遍的LRB基础隔震结构为研究对象,通过等效线性化和振型分解反应谱方法,建立起了LRB隔震系统力学性能参数和上部结构地震作用的水平向减震系数之间的数学关系式以及计算方法,提供给工程设计人员用于基础隔震结构的初步设计过程之中。通过参数研究发现:上部结构自振周期小于0.6s,可以实现隔震后上部结构的水平地震作用比非隔震时降低一度半,上部结构自振周期介于0.6s~1.0s之间,可以实现降低一度,上部结构自振周期大于1.0s,最多可以实现降低半度。     

LRB隔震桥梁减震效果分析

分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入至一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出了一些有意义的结论。     

高架桥与建筑新型复合减震结构地震反应参数影响分析

在高速铁路和轨道交通工程中出现的桥梁和车站相结合的新型组合结构形式,有必要对其组合方式、结构形式、抗震性能及减震效果进行研究。基于此对一种新型高架桥与建筑复合减震结构进行研究,给出复合结构的组合方式及结构形式,基于动能和基底剪力相等把高架桥等效为单质点子结构模型,把建筑结构等效为另外一个质点,建立2质点简化计算模型。对影响结构动力响应的减震层刚度和阻尼,高架桥与建筑的质量比进行参数影响分析,并且提出了质量比在0.5~4.5之间的最优频率比公式和阻尼比的取值原则。进一步完成了高架桥与建筑复合减震结构地震反应试验,试验结果表明高架桥与建筑复合减震体系不仅对建筑结构有较理想的减震效果,对高架桥也有明显的减震效果。