新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1:5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。     

多球面滑动摩擦隔震支座的设计原理和理论模型

介绍一种用于桥梁抗震的多球面滑动摩擦隔震支座,分析这种支座的设计原理,阐明其构造特点,分析了其工作机理和滑动隔震过程,并由此建立了该隔震支座的力—位移关系恢复力模型。理论分析表明,该支座除具备完善的减隔震支座所要求的功能之外,还构造简单、隔震机理清楚、数学物理模型明确,能够满足实际应用中简单性的要求。此外,该支座在不同强度的外部激励下,可以表现出不同的阻尼和刚度。并且具备单独优化性能,即该支座可以基于多性能目标或多水准地震,对于给定的桥梁隔震系统的各个参数分别进行优化。这两种特性使得该支座适合多水准地震动作用下,基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

考虑加强转换层影响的橡胶支座隔震结构模型相似设计方法

缩尺结构模型振动台试验广泛用于评估橡胶支座隔震结构的抗震性能.在隔震结构缩尺模型设计时,通常会设置加强转换层来满足上部结构与隔震层的荷载传递要求.然而,加强转换层在满足受力、吊装与安装试验要求的同时会对模型结构的整体地震反应产生不可忽略的影响.文中提出了针对橡胶支座隔震结构缩尺模型的带加强转换层的简化模型,采用参数化分...     

摩擦摆隔震支座振动台试验、数值仿真及应用研究

通过模型振动台试验和数值仿真,对适用于高层建筑结构的大吨位摩擦摆隔震支座在不同地震荷载工况下的动力响应和隔震性能进行了深入研究,试验模型的力学及承载性能在不同地震动水准下保持较好,且随着输入激励的增大,支座耗能能力逐渐提高,减隔震效果逐渐增强。隔震支座的数值模拟结果和振动台试验结果吻合良好,取得了较好的模拟效果。在此基础上,选取一复杂高层建筑结构作为研究对象,进行了不同地震波小震和大震激励作用下的动力响应分析,通过对比设置隔震支座与未设置隔震支座的计算结果,总结了高层建筑结构的动力响应规律。结果表明:(1)摩擦摆隔震支座耗能能力随着地震作用的增大而增强;(2)不同类型地震波作用对复杂高层建筑结构的响应明显不同:长周期地震波作用下结构响应明显比普通地震波作用下的结果大,且长周期地震波对结构位移响应的影响较加速度明显;(3)摩擦摆隔震支座对复杂高层建筑结构的地震反应有较为理想的隔震效果,不同地震波作用下结构响应的隔震效果有所不同,且不同响应之间的隔震效果也不相同,位移响应的隔震效果明显大于加速度的隔震效果。     

考虑SSI效应的层间隔震结构在三维地震下的响应研究

为探讨三维地震下层间隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)时的地震响应,建立了考虑SSI效应的层间隔震结构模型,分别输入一维、二维、三维地震动,比较层间隔震结构在不同维度地震波输入工况下的地震响应。针对三维地震动输入下隔震支座拉压应力超限问题,添加三维隔震装置,并与传统水平隔震结构地震响应结果进行对比分析。结果表明:三维地震动输入下的结构地震响应大于一维和二维;加入三维隔震支座后,竖向地震动被有效隔离,结构地震响应减小,优化了支座受力,支座拉压破坏问题得以解决,地基土体应力小于设置传统水平隔震支座下的土体应力,对地基和基础设计有利。     

超弹性-复摩擦摆隔震支座的性能试验与数值模拟

利用复摩擦支座（Double friction pendulum bearing,DFPB）和形状记忆合金（Shape Memory alloy,SMA）拉索,提出了一种超弹性-复摩擦支座（Superelastic-double friction pendulum bearing,SDFPB）。该新型滑动隔震支座在水平方向可适应多水准地震激励,且在竖向拥有抵抗拉拔的功能。阐述了SDFPB的构造特点和工作原理。通过性能试验考察了这一隔震装置的力学特性。建立了SDFPB的恢复力模型,利用其模拟了试验条件下的滞回响应。研究结果表明:SDFPB的耗能能力优良,且具有较好的多级抗震自适应能力;模拟值与试验值吻合较好,验证了上述力学模型的正确性。     

组合基础隔震结构双向地震反应分析

本文采用双向耦合恢复力模型模拟组合隔震系统中隔震支座的双向耦合效应,对组合基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分析,分析表明在水平双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在水平双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时支座的最大位移,因而应考虑水平双向地震作用对组合基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响。结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移角和延性系数明显增大;延长LRB隔震系统的隔震周期或选择最优的特征屈服强度比,均可显著降低上部结构的塑性变形程度,但LRB屈服位移的变化对隔震结构的响应几乎无影响;LRB隔震系统参数确定后,隔震结构上部结构的损伤状态主要与上部结构力学性能参数中的屈服强度比相关,增大上部结构的屈服强度比,可以显著降低上部结构的层间位移角和延性系数,但是隔震支座的平均最大剪应变会增大,可以选用橡胶剪切模量大或者直径大、第二形状系数小的LRB隔震支座。     

铁路劲性骨架混凝土拱桥减隔震方案优化研究

为研究不同设防烈度下铁路劲性骨架混凝土拱桥的合理减隔震方案,以某主跨为445 m的铁路混凝土拱桥为分析背景,选用SAP2000结构分析软件建立全桥空间动力有限元模型进行非线性动力时程分析,对比了多级设防烈度下不同参数的摩擦摆支座和“摩擦摆支座+连梁装置”2类减隔震方案用于铁路劲性骨架拱桥的减隔震效率。结果表明：设防烈度较低时,摩擦摆支座能在一定程度上控制拱桥结构的地震响应,设防烈度高时控制效果有限,考虑行车平顺性,应优先选取半径较大的摩擦摆支座;“摩擦摆支座+连梁装置”方案在强震作用下,结构关键位置内力响应值没有明显增大,同时,伸缩缝位移值明显降低,提升了拱桥结构地震作用下的安全性。实际工程中,推荐使用“摩擦摆支座+连梁装置”方案以提高大跨度上承式铁路劲性骨架混凝土拱桥抗震性能。     

摩擦摆基础隔震结构双向地震反应分析

采用双向耦合力学模型模拟摩擦摆支座的双向耦合效应,对摩擦摆基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分忻,分析表明在双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时的支座最大位移,因而应考虑双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

新型弹塑性软碰撞防护装置试验研究

为限制隔震层位移,研发了同时提供刚度和阻尼力的新型弹塑性软碰撞防护装置,该装置主要由铅芯橡胶支座、剪力键及中空连接钢板组成。首先对铅芯橡胶支座进行了设计压应力12MPa下基本性能试验及压应力0 MPa下剪切试验;然后进行了弹塑性软碰撞防护装置的水平力学性能测试试验,测定装置的屈服后刚度、屈服力及支座顶端转角,探讨了剪力键外圆面罩橡胶套对试验结果的影响,对比分析了装置的水平力学性能指标与支座在0MPa下剪切试验结果的差异;最后,对弹塑性软碰撞防护装置进行了数值模拟,对比了数值模拟与试验的水平力-位移滞回曲线。结果表明:弹塑性软碰撞防护装置可提供刚度及阻尼力,在剪力键外圆面罩上橡胶套后对试验结果基本无影响;与0MPa下支座测试结果相比较,装置的屈服后刚度及屈服力有所降低;支座顶端转角随支座剪应变的增大而增大;数值模拟与试验的滞回曲线吻合良好,该装置具有良好的滞回耗能能力。     

适用于村镇房屋的新型摩擦摆隔震性能试验研究

针对村镇房屋隔震设施薄弱的问题,本着低成本、易施工的原则,设计了一种玄武岩纤维混凝土材料的摩擦摆隔震支座。将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座进行拟静力试验,研究了该新型支座在相同的竖向荷载作用,不同频率下的干摩擦和润滑摩擦两种工况的支座的滞回性能,得出了该新型支座的基本力学性能,通过利用SAP2000有限元模型对采用该新型支座的隔震结构进行了动力时程分析,并且将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座在滞回性能、构造方式和经济性三方面进行对比分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土摩擦摆支座的滞回性能略低于钢制摩擦摆支座滞回性能,该支座隔震效果显著且易模性好,便于施工,造价低廉,适用于低层村镇房屋隔震设计与施工。     

高速铁路桩板结构对瑞利波的被动隔震试验研究

为研究高速铁路桩板结构被动隔震效果,以减震率作为隔震性能评价指标。通过模型试验分析不同几何参数的桩板结构隔震性能,并绘制减震率等值线图以描述其隔震区域。基于试验得到以下结论：桩板结构可以有效阻隔瑞利波,增加桩长、桩径和承载板厚度,并减小埋深与桩间距,可以提高隔震性能并增大有效隔震面积。减震率增长幅度随桩长、桩径和承载板厚度增大而减小,故桩径和桩间距参数宜控制在0.33至0.67之间,桩长参数宜控制在0.40至0.80之间,且应尽可能减小埋深。当砼使用方量相同时,隔震效果从强到弱依次为：桩长、承载板厚度和桩径。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

带有楔形轨道的滑移支座力学性能数值模拟研究

针对结构隔震装置在较大的倾覆力作用下抗拉能力不足的问题,提出了一种带有楔形分离式轨道的新型滑移支座。新支座能够承受上部结构传递的荷载以及适应较大水平位移,同时利用楔形轨道与楔形滑块之间的相互作用提供抗拉能力。采用通用有限元程序ABAQUS建立了支座的三维实体有限元模型,对其抗压、抗拉、压剪和拉剪力学性能进行数值模拟研究,同时考虑了楔形角度的改变对支座力学性能的影响。通过分析表明:在竖向新支座具有较好的抗压和抗拉能力,抗拉性能受楔形角度的影响较大,角度大于60°时,支座的抗拉能力随着角度的减小不断提升;而当角度减小到60°时,楔形滑块与上部连接部分出现薄弱点,导致支座的抗拉能力开始降低。在压剪与拉剪的作用下,支座水平向的滞回曲线比较饱满,具有较好的水平向摩擦耗能能力且能够适应较大的水平位移。     

Probabilistic seismic response and reliability assessment of isolated bridges

Bridge seismic isolation strategy is based on the reduction of shear forces transmitted from the superstructure to the piers by two means: shifting natural period and earthquake input energy reduction by dissipation concentrated in protection devices. In this paper, a stochastic analysis of a simple isolated bridge model for different bridge and device parameters is conducted to assess the efficiency of this seismic protection strategy. To achieve this aim, a simple nonlinear softening constitutive law is adopted to model a wide range of isolation devices, characterized by only three essential mechanical parameters. As a consequence of the random nature of seismic motion, a probabilistic analysis is carried out and the time modulated Kanai-Tajimi stochastic process is adopted to represent the seismic action. The response covariance in the state space is obtained by solving the Lyapunov equation for a stochastic linearized system. After a sensitivity analysis, the failure probability referred to extreme displacement and the mean value of dissipated energy are assessed by using the introduced stochastic indices of seismic bridge protection efficiency. A parametric analysis for protective devices with different mechanical parameters is developed for a proper selection of parameters of isolation devices under different situations.     

单跨框架教学楼橡胶隔震与BRB减震联合加固技术研究

新版抗震设防烈度区划图实施以来,大量单跨框架结构校舍因抗侧力体系不合理以及抗震承载力不足急需加固改造。针对单跨框架结构不满足刚度及承载力要求的现状,提出并阐述了BRB减震与橡胶隔震联合加固技术原理,并对昆明某实际单跨框架结构进行了动力弹性和弹塑性有限元分析,结果表明:在多遇地震下,防屈曲支撑（BRB）未屈服,结构整体处于弹性;在设防地震作用下,部分BRB屈服耗能,结构层间位移角最大值为1/582,结构主体处于弹性阶段;在罕遇地震作用下,所有BRB屈服耗能,且其滞回曲线饱满,结构弹塑性层间位移角最大值为1/148,大部分梁端部产生塑性铰,少数柱产生塑性铰,且梁较柱先出铰,表现出良好的抗震性能。研究为单跨框架结构的加固提供一条有效的新途径。     

高烈度区大跨度桥梁粘滞阻尼器减震研究

高烈度地震对铁路桥梁安全造成巨大隐患,且次生灾害将引起较大经济损失。该大跨连续梁桥所处地震带正进入活跃期,未来有发生较大规模强烈地震的可能,但桥梁自身不具备高烈度抗震能力,需利用粘滞阻尼器对其进行减震处理。采用斜向设置阻尼器并配合双曲面球型支座,来控制可能发生的纵向和横向地震。通过数值模拟进行阻尼器参数敏感性分析以及减震效果讨论,进而确定其最优设置方案。选取相关参数作为评价指标,对比加设阻尼器前后易损部位的地震响应,确定其在高烈度地震荷载激励下的减震效果。研究结果表明:在液体粘滞阻尼器的作用下,使得各墩协同受力,大大增加了结构的整体性,同时能很好弥补减隔震支座不能很好的控制上部结构位移的缺点,同时能降低罕遇地震力对桥墩的冲击损伤。因此,在高烈度区大跨度桥梁中更有必要设置阻尼器来抗震。