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。     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式.采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回...     

弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座基本构造,基于力学平衡原理进行理论分析,推导支座刚度、周期表达式等。采用有限元软件ABAQUS建立双凹面摩擦摆隔震支座与弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座模型,对不同弹簧刚度、摩擦系数下的支座滞回特性等进行分析。研究结果表明,理论计算得到的弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座滞回曲线与数值模拟结果吻合较好,可知理论公式推导合理;弹簧改进型双凹面摩擦摆隔震支座滞回曲线饱满且对称,表明支座具有良好的耗能能力;为保证减隔震效果,应合理设置弹簧刚度、摩擦系数;应选择合适的球铰面尺寸,并使支座保持弹性状态。     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究北大核心

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

北京鲁疃西路跨温榆河大桥的减隔震分析与应用研究

以鲁疃西路跨温榆河大桥为工程背景,研究了大跨度梁拱组合桥的减、隔震设计方法。建立全桥有限元模型,进行了自振特性分析。给出了摩擦摆支座隔震设计的方法及步骤,并进行了摩擦摆支座隔震及阻尼器减震的非线性时程反应分析。结果表明,摩擦摆支座隔震优于阻尼器减震,能显著地减小墩底弯矩与拱顶的变形响应。     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

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。     

摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻(Ⅰ)——摩擦摆隔震支座的类型与性能

摩擦摆隔震支座是一种具有广泛应用前景的隔震支座,本文回顾总结了20多年来国内外摩擦摆隔震支座的开发和研究进展。依据几何构造的异同将现有的各摩擦摆隔震支座分为曲面式、沟槽式、曲面沟槽混合式摩擦摆隔震支座等3类,分别介绍了各类摩擦摆隔震支座的基本构造、隔震原理、消能机制与回复机制、性能研究和分析模型等。     

抗拔型三重摩擦摆隔震支座数值模拟研究

考虑隔震技术在大跨空间结构中研究的现状,针对传统三重摩擦摆隔震支座不具备竖向抗拔能力的缺点,基于抗拔型三重摩擦摆隔震支座的专利设计,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行构造设计。采用ABAQUS有限元分析软件,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的滞回特性与自回复特性。研究结果表明:(1)抗拔型三重摩擦摆隔震支座同样具有较宽的隔震范围和良好的自适应性,以及良好的耗能能力。(2)抗拔型三重摩擦摆隔震支座弹簧的设置并不会显著地影响支座的水平特性。(3)由于弹簧的设置,抗拔型三重摩擦摆隔震支座的残余位移较传统三重摩擦摆隔震支座有所减小。(4)随着竖向荷载的增大,刚度增大的同时,滞回环的面积有所增大,因此耗能也同样增大。(5)弹簧的初始张力对抗拔型三重摩擦摆隔震支座的滞回特性并没有很大的影响。     

摩擦摆支座滑板高低速的摩擦系数对减隔震性能影响分析

摩擦摆支座是根据钟摆的原理,在普通球型支座的基础上研发设计的,具有良好的减隔震性能及震后自复位功能.摩擦摆支座的滑动材料主要为改性聚四氟乙烯滑板与不锈钢板.在不加润滑硅脂的环境下,滑动速度对支座摩擦系数有较大影响.通过在不同试验速度下,测定耐磨材料摩擦系数,通过Midas软件进行桥梁减隔震影响分析.     

竖向抗拔摩擦摆支座力学性能的试验研究

根据隔震技术在大跨空间结构中的研究现状,针对现有摩擦摆支座不具有抗拔性能的缺点,基于竖向抗拔摩擦摆支座的专利设计,提出一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座,对其进行构造设计,建立相应的理论模型,并对相关力学性能进行试验研究。试验内容包括测定竖向抗拔摩擦摆支座在简谐激励下的滞回性能;考察竖向压力和滑移速度对支座滞回性能的影响;测定竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数以及竖向压力和滑移速度对摩擦系数的影响。试验结果表明,支座具有良好的耗能能力。     

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。     

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。     

新型复合滑移隔震装置的试验研究

为了综合叠层钢板橡胶支座和摩擦滑移支座的优点,并将机械领域摩擦性能良好的二硫化钨(WS2)材料用于摩擦滑板,设计研制了一种新型滑移隔震装置;试验测定了喷涂二硫化钨钢板之间的摩擦系数及支座在简谐激励下的滞回性能。结果表明,新型复合滑移隔震装置性能稳定,正压应力和位移幅值是影响摩擦系数的主要因素,加载频率与摩擦系数无关。     

二硫化钨改性聚四氟乙烯摩擦摆支座摩擦磨耗性能研究

针对摩擦摆隔震支座聚四氟乙烯PTFE摩擦滑移材料存在磨损率高、冷流性和熔体黏度高等问题,在PTFE材料中添加不同掺量的二硫化钨(WS2)。在对摩擦滑移材料基本物理力学性能进行试验研究的基础上,研究支座的摩擦磨损性能,并分析加载速度、压应力与摩擦系数的关系,进而综合给出PTFE材料中WS2含量的建议值,同时利用ABAQUS软件对摩擦副支座进行有限元分析和试验验证。结果表明：添加纳米级2%、4%WS2对PTFE进行改性,能在确保基本物理力学性能的前提下,显著改善PTFE的耐磨损性能,且摩擦系数与纯PTFE相差不大,是改进桥梁用摩擦摆支座性能的一种较好方法。     

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。     

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.     

摩擦摆隔震混凝土框架结构的有限元分析

对一幢四层摩擦摆隔震框架结构进行ABAQUS有限元模拟,将隔震前后结构的动力反应进行了对比,分析结果表明:摩擦摆隔震支座可有效降低上部结构的地震响应,具有使上部结构整体平动的良好隔震性能。     

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.     

地震对斜交桥墩稳定性影响的有限元分析

以常见跨径简支斜交桥为例建立有限元模型,以新型摩擦摆系统支座、板式橡胶支座、抗震型橡胶支座和铰接支承连接为支座形式,通过有限元的方法,以斜度为常变参数,对以上4种支座的刚度和形式进行计算分析,进行常遇地震与罕遇地震下的反应谱和线性时程分析,算出桥墩内力并进行参数分析,对比研究地震对不同支座形式和刚度的斜交桥墩的影响。为正确进行斜交桥的抗震设计提供了有益参考。