钢筋-沥青隔震层非线性震动特性研究

为了研究钢筋-沥青隔震层的材料与几何非线性震动特性,对钢筋-沥青隔震结构进行了振动台试验,分析了结构在不同加速度幅值输入时的隔震性能。同时,在钢材的应力-应变关系基础上,考虑构件竖向力的二次矩效应,提出了钢筋-沥青隔震层骨架曲线的计算方法,并结合双线型恢复力模型的滞回规则,建立了相应的恢复力模型。利用建立的恢复力模型,编制程序进行了弹塑性时程分析,并与试验结果作对比。结果表明:当钢筋-沥青隔震层的受力钢筋进入弹塑性阶段时,隔震层能够吸收大部分地震能量,显著降低上部结构的地震反应;弹塑性时程分析结果与试验结果吻合较好,由此建立的恢复力模型准确并且适用,可为钢筋-沥青隔震层的工程设计与非线性地震反应分析提供参考。     

钢筋沥青隔震层振动台试验及其在不同高度砌体结构电力用房中的地震响应分析

为弥补试验的不足,对试验室里难以实现的情况进行研究,如大比例甚至足尺模型的动力试验,利用大型有限元软件MSC.MARC对钢筋-沥青复合隔震层建立了非线性有限元模型。利用钢筋非线性子程序UBEAM和非线性弹簧子程序USPRNG,分别模拟了钢筋和砖墩-上梁之间相互作用关系的非线性情况,引入了沥青油膏的温度影响系数。为验证该模型,在钢筋沥青隔震层试件振动台试验的基础上,对振动台试验中各试件的模态进行了计算、对各工况进行了三维有限元时程分析,并将分析结果与试验结果对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的准确性和合理性。最后利用该模型,建立了不同高度的砌体结构有限元模型,设计并建立了相应的墙下条形隔震层模型,对钢筋沥青复合隔震层在不同高度的砌体结构中的动力性能和隔震效果进行了数值模拟,并对计算结果进行了归纳和分析,得出了一系列有用的结论。     

砖砌体农居隔震试验研究

针对广大农村民居低矮房屋抗震能力普遍不足的现状,提出一种新型、经济、简单、可靠的隔震技术:钢筋-沥青复合隔震墩技术。根据相关理论设计了相应的隔震墩试件,进行了足尺农居砌体模型房屋隔震试验研究。结果表明,在加速度峰值0.3 g以下时,隔震墩钢筋处于弹性工作状态,震后能自动复位。隔震墩加速度折减系数在0.15～0.61之间,具有很好的减震效果,并且对高频波形的过滤效果尤为明显。设置隔震墩后上部结构的抗震构造要求可相应降低,将节省的资金用于隔震体系的建设,基本不增加房屋整体造价。     

基础隔震结构的减震耗能特性分析

根据基础隔震理论,在钢筋沥青隔震礅的基础上,提出一种新型钢结构隔震礅,设计和制作了缩尺房屋模型,并对其进行振动台试验。通过对隔震结构模型的动力特性、地震响应及能量平衡分析,绘制试验过程中的加速度及能量时程曲线,研究钢隔震礅应用于低层框架结构的减震耗能能力。大量工程实例可以看出该隔震礅隔震效果显著,制作简单、价格低廉、耐久性好,适于在广大村镇地区低层框架结构中推广使用。试验表明:隔震结构模型在不同的地震作用下,加速度折减系数处在0.24~0.51之间,且结构的阻尼耗能在振动台试验中占总输入能量的60%~70%,对结构耗能起主导作用,说明该基础隔震装置不仅具有较好的减震耗能特性能,对于控制隔震层的位移也有好的效果。     

复合隔震墩隔震性能的振动台试验研究

通过对农村民居特点的研究,提出一种新型、经济、简单、可靠的隔震技术—钢筋-沥青复合隔震墩.根据相关理论设计了相应的隔震墩试件.通过地震模拟振动台试验输入E1 Centro和Taft地震动与结构地震反应的对比,研究了钢筋-沥青复合隔震墩模型的振动特性.试验结果表明,隔震墩加速度折减系数在0.34 ～ 0.55之间,可有效...     

村镇隔震砌体结构振动台试验方案设计研究

为使铅芯橡胶支座隔震技术应用于村镇砌体结构,将隔震层设置于地坪以上,本文给出了隔震构造的具体做法。选取典型村镇2层未设构造柱的砖砌体结构房屋为试验原型,按1:2缩尺,设计有隔震层和无隔震层的振动台对比试验。首先采用反应谱分析方法,对隔震和非隔震结构分别选取三条地震波,然后通过数值分析,研究隔震和非隔震结构在输入不同地震波时的地震反应规律,根据数值模拟的分析结果设计结构振动台试验中的传感器布置和加载方案。本文设计的砌体隔震振动台试验方案已试验成功,可为振动台试验设计和研究提供参考。     

基于易损性的基础隔震结构地震动选取方法研究

对基础隔震结构进行动力弹塑性时程分析时,地震记录的选择是关键.提出基于基础隔震结构弹塑性动力放大系数谱进行地震记录选取的方法:首先采用动力弹塑性时程分析方法对基础隔震结构的两自由度简化模型进行分析,得到结构的动力放大系数谱;然后采用谱匹配的方法选取地震记录,对一8层混凝土框架结构的基础隔震结构进行增量动力分析、地震易损...     

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。     

软着陆保护橡胶支座隔震体系振动台试验研究与比较

本文对一基础隔震模型进行了软着陆保护振动台模拟地震动试验,展示了该隔震体系在发生水平向大变形条件下,在不同后备支座以及滑移面摩擦系数不同情况下,轴压力从承载支座向后备支座转移的情况。结果表明:软着陆隔震保护体系不仅保护了承载支座免遭大变形失稳破坏,同时还能提供摩擦阻尼,将隔震层位移和上部结构层间位移控制在允许范围内。文中对隔震层位移、上部结构最大层间位移及绝对加速度等进行了分析,所得理论曲线与试验拟合曲线吻合较好。具有很大的应用前景。     

三维隔震墩的隔震性能研究

通过三维隔震墩的拟静力试验研究其水平刚度,将试验结果与三维隔震墩的设计理论值进行比较。结果表明:试验结果与设计理论值相对误差在[7.4%24.4%]之间,验证了该隔震装置设计理论的合理性。利用ANSYS建立4层框架结构隔震与非隔震模型并进行时程分析,研究三维隔震墩的隔震性能。有限元对比分析结果表明:在考虑竖向地震动三维耦合作用情况下,框架梁截面竖向剪力增大,多层房屋的竖向地震动作用不可忽略;在输入不同地震动情况下,可以将水平加速度有效衰减40%以上,梁截面内力减小30%以上,该隔震装置的隔震性能良好。     

基于粗粒度并行遗传算法的隔震层参数优化

针对基于经典遗传算法的隔震层参数优化方法效率不高的问题,提出一种基于粗粒度并行遗传算法的隔震层参数优化方法。利用Python的多进程机制和Python与ETABS的交互,实现CPU各核同时调用ETABS并进行遗传操作,最后通过一个隔震工程的实例进行验证。结果表明：采用粗粒度并行遗传算法进行隔震层参数优化,与原设计结果相比,优化后的隔震结构性能更优;同时,用10核CPU计算,与经典遗传算法相比,该方法既能准确得出全局最优解,又可显著提高优化效率,加速比约为6,可基本满足隔震工程设计的及时性需求,具有较好的工程应用价值。     

采用基础摩擦隔震房屋高宽比限值的研究

大量的试验结果和地震经验表明，采用基础隔震方法能有效地提高建筑物的抗震能力，但建筑物的高度在什么范围，即建筑物的高宽比在什么范围内才适合采用这种方法，仍然是一个有待解决的课题。本文对采用基础滑移隔震多层砌体房屋在实际地震作用下的抗倾覆高宽比限值进行了研究，利用Ｗｉｌｓｏｎ－θ数值积分方法计算，得到了多层砌体房屋的高宽比限值的统计值。其数值结果可供编制建筑隔震设计规程参考。     

某高层框架-剪力墙基础隔震结构地震响应分析

以某高层框架-剪力墙基础隔震建筑结构为研究对象,采用考虑隔震装置竖向拉、压刚度变化的弹塑性本构关系,以及上部混凝土框架-剪力墙结构采用弹性本构关系,建立非线性有限元分析模型,对模型结构进行动力时程分析,研究高层框架-剪力墙基础隔震结构的地震响应。分析结果表明:在设计地震作用下该隔震支座的非线性滞回特性符合支座设计基本要求,采用基础隔震技术后该高层结构的前几阶周期均有所延长,上部结构的加速度和层间位移角响应明显减少,隔震层能耗散部分的地震动输入能量,隔震技术能够有效降低高层框架-剪力墙结构的地震响应。     

多层隔震结构两阶段设计法

结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),提出了针对隔震装置设计的隔震结构两阶段设计法。该方法在项目的方案阶段,根据项目的基本情况采用简化估算方法对隔震层进行估算,为方案的确定提供依据;在施工图设计阶段,采用时程分析方法对隔震层进行设计计算,为上部结构和基础设计及隔震装置的选用提供依据。文中以4层多层框架结构体系为例进行了分析,结果显示提出的设计方法具有简便,符合工程应用的特点,且该方法有利于提高设计质量,减少设计周期。     

基于单地震动记录IDA方法的结构倒塌分析

增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)作为静力Pushover分析的动力拓展,可以全面、准确地分析结构的性能变化,尤其可以很好地分析结构倒塌这一动力失稳问题.本文基于单地震动记录的IDA方法,提出了"折半取中"原则,以确定结构倒塌极限状态点.以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别考虑钢筋强化模型、理想弹塑性模型和软化模型,对其进行倒塌分析.结果表明:钢筋的屈服后强化特性对结构抗倒塌能力具有显著的影响.     

高层隔震建筑设计中隔震支座受拉问题分析

高层建筑由于高宽比相对较大,倾覆效应明显,当采用隔震技术时,有可能使隔震支座出现拉应力,而通常使用的叠层橡胶隔震支座抗拉能力不强。因此,隔震支座受拉问题成为隔震技术在高层建筑中推广应用的主要障碍之一。本文提出了避免隔震支座受拉的上部结构布置原则及隔震层优化设计方法,并对目前隔震支座拉应力计算方法提出了改进建议。本文的研究工作可为工程设计提供借鉴,为隔震设计相关规范的修订提供依据。     

基础隔震房屋模型振动台试验研究

本文结合日本在建的基础隔震实际工程,采用中国有关工厂生产的铅芯橡胶支座的作为基础隔震支座,进行了基础隔震房屋模型和基础固家房屋模型模拟地震动台试验,并引入能量分析方法对两种试验结果进行了分析比较。结果表明,基础隔震模型隔震效果明显,隔震层滞回变能有效吸收地震动入能量,减小模型结构的塑性变形和累积损伤。     

不同抗拉刚度支座隔震体系的地震响应分析

采用大型通用软件Abaqus对某拟建高层建筑进行了隔震动力时程分析,隔震支座分别采用拉压等刚度(等刚度模型),拉压不等刚度(不等刚度模型)和释放抗拉刚度(提离模型)3种支座模型,对比了3种支座模型下隔震结构体系的弹性和弹塑性时程响应,包括层间位移角、基底剪力、隔震层位移、支座拉力和支座竖向位移。结果表明:(1)假定上部结构为弹性的隔震体系响应与相应弹塑性体系的响应存在一定的差异,建议罕遇地震分析采用弹塑性模型;(2)支座等刚度模型与不等刚度模型的支座拉力,弹性分析时明显大于规范限值,弹塑性分析时减小,但仍大于规范限值;(3)提离模型能避免支座受拉,而对上部结构弹塑性响应影响较小,对隔震层水平响应基本无影响。     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

橡胶垫隔震框架结构试验研究

橡胶垫隔震是房屋结构减震的一种有效新途径。本文通过橡胶垫力学性能试验结果的分析，说明了橡胶垫适合多层房屋基础隔震的要求。计算机分析结果表明，橡胶垫隔震框架房屋的地震反应比固定基础房屋的反应大大减小。