两种减隔震支座动力参数的设计方法及减隔震效果差异研究

为探讨强震区梁式桥减隔震支座的合理设计问题,根据设计经验归纳总结了铅芯橡胶和摩擦摆两种减隔震支座动力参数的一般设计方法及流程;针对实桥给出了两种支座的详细动力设计参数,并对参数进行了敏感性分析;根据时程分析结果对减隔震效果差异进行了对比,运用等效线性化理论解释了差异的内在原因。研究结果表明:支座摩擦系数并不是越大越有利,而应通过分析确定;由于铅芯橡胶与摩擦摆支座等效刚度值的明显不同,导致随着地震作用的提高结构内力响应差别将逐渐减小,而梁端位移响应差别呈显著增大趋势;建议高烈度区桥梁减隔震支座选型宜选用铅芯橡胶支座。     

不规则框架结构的组合隔震反应分析

为研究不规则框架隔震结构的地震反应,分别对一个传统抗震结构、一个铅芯叠层橡胶支座隔震结构和四个组合隔震结构(隔震层由铅芯支座和滑板支座组成)进行了弹塑性地震反应时程分析,研究隔震支座参数对隔震效果的影响。结果表明:采用组合隔震技术时,合理选择隔震层的铅芯支座布置位置、滑板支座的摩擦系数和铅芯叠层橡胶支座的型号,可以有效地降低上部结构的扭转效应;对于不规则的建筑隔震结构,为减小地面运动带来的扭转效应,建议采用由铅芯支座和滑板支座组合而成的隔震层,可对上部结构的扭转起到很好的抑制作用。     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

连续梁桥隔震方案比较

连续梁桥一般采用减隔震支座组成隔震支座体系进行抗震设计,不同的支座布置方式决定着结构的抗震性能与工程造价两个工程建设中主要关注的因素。在简要介绍铅芯橡胶支座的基础上,针对所有支座均设置铅芯橡胶支座以及组合使用铅芯橡胶支座与滑板支座的隔震方案,脉冲与非脉冲的两组不同地震动下,采用两种不同墩高,对墩高一致的三跨连续梁桥建立三维有限元模型进行地震响应计算,并对抗震性能与经济性进行了分析研究。结果表明,采用普通的滑板支座与铅芯橡胶联合使用同样能够获得较好的抗震性能,能有效地减少工程造价,节约成本;并且隔震支座的布置位置、墩高以及地震动输入的脉冲特性对隔震性能与经济性影响较大,对于墩高不大以及墩高基本一致的连续梁桥,当边墩设置隔震支座而中墩采用普通支座的情况下能获得良好的抗震性能与经济效益。     

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。     

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc - Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge - Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析.结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视.     

基于系统地震易损性的桥梁隔震支座优化设计

隔震支座对桥梁抗震有重要意义,优化支座的参数可有效提升隔震效率。以一座三跨连续梁桥为例,建立了考虑桩-土-结构相互作用的有限元模型。将铅芯橡胶支座的特征强度及初始刚度视为优化变量,以最小化桥梁结构的系统地震易损性为目标。通过动力时程分析,得到支座参数对桥梁系统地震易损性的影响规律,确定支座参数的合理区间。高斯过程模型用来取代耗时的动力时程分析,降低隔震支座优化设计的计算成本。分析结果表明:铅芯橡胶支座的特征强度和初始刚度对桥梁系统地震易损性有明显影响;支座优化设计有效降低了桥梁系统地震易损性,大幅减小支座的剪切应变,提高了支座的隔震效率。     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

桥梁减震性能研究

针对当前桥梁延性抗震及减、隔震设计的研究现状，阐述了在桥梁减、隔震设计中存在的问题，并采用编制的有限元非线性动力分析程序，对设置橡胶支座的一座简支梁桥的抗震性能进行了分析，检验了减、隔震支座的减震效果，比较了普通延性抗城和普通板式橡胶支座，铅芯橡胶支座的减震特点对减、隔震桥梁的延性地震响应特性进行了初步的探讨。     

1000kV氧化锌避雷器的隔震分析

为1000kV氧化锌避雷器的底部设计了铅芯橡胶支座隔震装置.利用ANSYS有限元软件建立避雷器模型,计算了安装隔震装置前后,在风荷载、接线端子板荷载和水平地震作用下避雷器的内力与位移.安装隔震装置后,避雷器在地震作用下的内力与相对位移有大的降低,整个结构在各种荷载组合下均具备足够的安全储备.     

铅芯叠层橡胶支座基础隔震结构双向地震反应分析

本文对铅芯叠层橡胶支座双向耦合恢复力模型进行了改进，采用基础隔震结构动力分析程序DABIS对铅芯叠层橡胶支座基础隔震结构进行了单向及双向地震反应对比分析。结果表明，在单向和双向地震作用下，基础隔震结构的加速度反应和位移反应较为接近，但在双向地震作用下，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，因而在确定支座最大位移时应考虑双向地震作用的影响。     

隔震铅芯橡胶支座变形发热及其强度退化研究综述

铅芯橡胶支座（lead-rubber bearing,LRB）是目前应用最为广泛的减隔震装置,普遍应用于建筑、桥梁、储罐和核电站等结构,其抗震性能已在屡次地震中得以验证。当LRB承受大幅值的往复变形时,其力学性能受内部铅芯发热的影响而发生显著变化,主要表现在滞回耗能、特征强度和刚度的降低等方面。首先,总结了铅芯橡胶支座及其结构在以往地震中的震害情况,介绍了预测LRB内部铅芯变形发热和温度升高的理论及近似求解方法,以及基于试验和有限元的验证方法及注意事项;其次,概述了LRB因内部铅芯变形发热导致其强度退化的分析模型和强度退化对结构地震反应的影响;最后,归纳了隔震结构在进行模型试验时,铅芯橡胶支座的相似理论和缩尺问题。     

高速铁路桥梁的隔震研究

以某高速铁路桥梁为工程背景,开展了高铁桥梁的隔震研究。针对该工程现已应用的摩擦摆支座的不足,研发了适用于高铁桥梁的四铅芯橡胶隔震支座,并与我国高速铁路常用的盆式橡胶支座进行了对比分析。采用ABAQUS软件对该工程中典型五跨简支高铁梁桥建立了三维精细化有限元分析模型,分析模型中摩擦摆式支座与四铅芯橡胶隔震支座均采用双线性来模拟,盆式橡胶支座采用水平刚度较大的线弹性模型,桥墩中混凝土和钢筋采用纤维模型。对比分析了高铁桥梁当分别采用摩擦摆式支座、四铅芯橡胶隔震支座与盆式橡胶支座时的地震响应。研究结果表明:采用的四铅芯橡胶隔震支座的高铁桥梁在大震下支座没有破坏且桥墩墩顶位移、墩底弯矩、墩底曲率均得到显著降低,能确保高铁桥梁在强震下的安全性。     

近场高烈度区某高层筒体结构组合隔震设计的分析

位于高烈度区且靠近断层的高层建筑结构，其相关抗震设计需要考虑较大的水平和竖向地震荷载，使得传统、单一的隔震方案难以满足规范的要求。鉴于此，针对西昌市靠近断层的某筒体结构提出了一种叠层橡胶支座加黏滞阻尼器的组合隔震设计方案，即在隔震层布置黏滞阻尼器以控制结构在罕遇地震作用下的位移。与此同时，为了满足结构的功能使用要求，将外部框架以及内部核心筒(除去电梯井)在零标高处进行隔震设计，而电梯井则下沉至基础底部加以隔震。通过弹塑性时程分析，研究结果表明：相比非隔震结构，采取组合隔震设计的框筒结构在设防地震作用下，其X、Y向的最大层间剪力分别减小72.37%和79.63%,水平向减震系数为0.35,满足抗震措施降低一度的要求；在罕遇地震作用下，其X、Y向的最大层间位移角分别减少81.06%和76.38%,隔震橡胶支座的拉压应力均在规范允许范围内，且铅芯橡胶支座与黏滞阻尼器均进入耗能阶段，滞回曲线较为饱满，进而验证了该组合隔震设计的合理性。     

地震作用下曲线梁桥结构响应及敏感性分析

为研究不同设计参数对曲线梁桥地震响应的影响以指导结构抗震设计,对不同支承约束曲线梁桥地震响应及地震需求敏感性进行分析。采用增量动力分析（IDA）方法对比分析了不同支承约束曲线梁桥的结构地震响应变化趋势;采用Tornado图形法对不同结构参数影响程度进行了排序,找出了对结构地震需求影响显著的参数。结果表明:采用板式橡胶支座桥梁因支座易发生滑移而导致上部结构位移较大,但降低了下部结构响应,设置固定墩后,下部结构损伤显著增加;对于采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的曲线梁桥,墩高及跨径对墩底曲率需求影响较大,而对于固定墩为墩梁固结形式和采用盆式橡胶支座的曲线梁桥,跨径及跨数对墩底曲率需求影响较大;对于采用不同支承约束的曲线梁桥,墩高和曲率半径对桥台位移需求影响较大,仅次于地震动参数PGA。     

组合基础隔震在建筑工程中的应用

隔震作为一种新的抗震技术,已广泛应用于新建和加固的建筑工程,同时,许多新型式的支座得到了开发和应用。组合基础隔震是一种新的隔震设计思想,能充分应用不同类型隔震支座的特性,有效降低上部结构地震反应。本文介绍了组合基础隔震在某一工程中的应用,工程中使用的支座包括普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和弹性滑板支座三种类型,对全部使用支座进行了常规检测,结构计算采用等效线性法、能量包络法和时程反应分析等方法,计算结果表明:组合基础隔震能有效降低上部结构的反应,隔震层的变形控制在安全范围之内。     

平扭耦联隔震体系隔震支座阻尼分布影响分析

为了研究铅芯橡胶隔震支座的阻尼分布对平扭耦联隔震体系隔震效果的影响,本文对一个三层两跨钢框架,通过调整上部结构负重块位置及下部铅芯橡胶隔震支座的分布位置,进行不同偏心工况下平扭耦联隔震体系地震模拟振动台试验,获得了不同偏心工况、不同阻尼分布情况下结构位移和加速度的时程曲线。试验和分析表明:隔震层阻尼中心与上部结构的质心位置接近,或者增大隔震层的阻尼半径,可显著地降低上部结构的扭转反应。     

近断层区橡胶支座隔震结构限位研究

橡胶支座基础隔震结构遭遇近断层脉冲型地震动作用时,隔震层变形过大,需要限位。提出了软碰撞限位方案。按抗震规范设计橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层地震动记录,分析了限位主要参数预留距离、限位刚度和阻尼对隔震结构响应的影响。结果表明,预留距离增大,限位刚度需求增大,限位效果减弱;限位刚度增大,隔震层最大位移减小,上部结构层间最大位移增大;在一定范围内适当增大阻尼可减小隔震层最大位移与上部结构的层间最大位移。合理选用限位参数,可同时获得良好的限位与减震效果。提出了限位参数的优选方法。     

隔震与非隔震支座对混凝土箱梁桥地震易损性的影响

为评估隔震和非隔震支座对桥梁地震易损性的影响,以一座3跨连续混凝土箱梁桥为分析对象,首先建立采用铅芯橡胶隔震支座与非隔震型盆式橡胶支座下桥梁的数值模型,求得不同程度地震作用下墩顶与支座的最大位移响应;再定义转角延性比损伤指标,结合支座剪应变,分析桥墩和支座的地震易损性情况;最后通过宽界限法建立全桥地震易损性曲线。研究结果表明,支座是较容易发生损坏的构件,而桥梁系统比桥墩或支座更易发生破坏,同时铅芯橡胶支座的破坏概率明显低于非隔震型盆式支座,可见采用隔震支座能有效减小桥墩墩顶在地震作用下的最大位移,此时桥墩地震易损性优于采用非隔震支座的情况。     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。