竖向荷载对铅芯橡胶支座力学性能的影响

对铅芯橡胶支座进行了有限元分析,研究了竖向荷载对支座力学性能的影响。分析表明:随着竖向荷载的增大,支座的极限位移逐渐减小,支座易发生整体失稳;支座的屈服后刚度和水平等效刚度随竖向荷载的增大而降低,支座的等效阻尼比随竖向荷载的增大而增大;并且在双向压剪作用下,竖向荷载对支座力学性能的影响幅度更大。因而,在实际工程中,应重视竖向荷载对支座力学性能的影响,以保证支座的稳定性。     

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。     

滑动摩擦隔震桥梁振动台试验研究

滑动摩擦隔震支座具有良好的耗能能力、较大水平位移能力和较好的耐久性能,为桥梁减隔震设计提供了一种新方法。本文针对分别安装有单球面摩擦摆支座、双凹面摩擦摆支座、多球面滑动摩擦支座的3种隔震桥梁模型开展了振动台试验研究。通过观察和量测模型桥梁位移、加速度等反应,得出采用3种滑动摩擦支座的隔震桥梁反应特性和隔震效果。由此可知,滑动摩擦隔震支座能有效减小地震对桥梁上部结构的影响,滑动摩擦隔震支座的自振周期与桥梁上部结构无关,只与支座摩擦系数和等效曲率半径相关。     

轴向压力对配筋砌体短肢剪力墙抗剪性能的影响

通过对6片足尺290mm厚全灌芯配筋砌块砌体短肢剪力墙拟静力试验结果的分析,利用非线性有限元方法,模拟了此种墙体在压弯剪共同作用下的抗剪特性,研究了轴向压力对配筋砌块砌体短肢剪力墙抗剪性能的影响。研究表明,在不同高宽比的墙体中,轴向压力均对墙体的抗剪能力有较大影响,随着轴向压力增大,墙体抗剪能力先增大后减小（轴压比n从0.1增长到0.4时,墙体抗剪能力逐渐增大,而n从0.4增长到0.6时,墙体抗剪能力却逐渐减小）;随着轴向压力的增大,墙体延性在逐渐减小。提出当轴压比等于0.3时,墙体抗剪能力和延性均较好,建议在建筑抗震设计规范中采用此值。     

高层分段隔震结构的动力响应分析

本文提出了一种基于叠层橡胶支座的大高宽比高层建筑分段隔震结构形式,并对同一高层建筑结构分别采用基础隔震、层间隔震和分段隔震三种不同形式时进行了数值模拟对比分析。结果表明,采用分段隔震形式可明显减小高层建筑结构的顶层侧向位移、中间隔震层的相对位移和下支柱端应力,使结构的侧向位移集中于两个隔震层上,耗散了大部分地震输入能量,保障了与隔震层相连的构件的安全性,防止了由于支座受拉或剪压破坏导致上部结构倾覆倒塌现象的发生。     

磁悬浮隔震支座竖向及水平刚度数值研究

基于电磁学原理,开发一种新型隔震支座——磁悬浮隔震支座。该支座在地震发生时能够利用电磁吸力使上部结构与基础脱离接触,从而避免地震动向上部结构传递。推导电磁悬浮隔震系统运动方程,采用ANSYS建立磁悬浮隔震支座有限元模型,数值分析支座的竖向及水平刚度随线圈安匝数、悬浮间隙和水平位移的变化规律。结果表明:磁悬浮隔震系统是一种主动变刚度隔震系统,竖向及水平刚度与安匝数、悬浮间隙和水平位移存在非线性关系。此外,竖向刚度可以通过调整电流达到"零刚度"状态,从而使上部结构在竖直方向上不发生振动。     

新型组合隔震支座设计与性能研究

在已有研究基础上,为提高摩擦型组合隔震支座变形能力、改进各摩擦组件位移协调性,建立实体化和参数化计算模型,对新型三段两级摩擦组合隔震支座进行构造及内力分析研究,使用ABAQUS软件对摩擦阻尼器和组合隔震支座进行实体有限元模拟。针对设置常规隔震支座和新型组合隔震支座的某隔震结构案例进行建模及非线性时程地震响应分析,推导组合隔震支座出力和构造参数的关系。研究结果表明,文章所采用的摩擦阻尼器参数化建模方法是准确的,新型组合支座可明显降低支座拉应力,减小隔震层位移,提高结构抗倾覆能力。文章提出的针对摩擦阻尼器的简化单元可大幅提高有限元模型的计算效率。     

基于损伤塑性模型的砌体墙体非线性有限元分析

为了研究砌体墙体用钢结构加固后的力学性能,需要提供较准确的砌体墙体非线性计算,考虑到砌体与混凝土的材料性质具有相似性,将混凝土损伤塑性模型经修正后应用于砌体数值模拟,实现对砌体墙体的非线性有限元分析。通过与水平加载试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。探讨了损伤塑性模型中的粘性系数、膨胀角、砌体本构关系中的初始弹性模量、受拉应力应变关系对计算结果的影响。结果表明：粘性系数和膨胀角对抗剪承载力、峰值位移及下降段性能均有较大影响,而对初始刚度影响很小;随着初始弹性模量的增大,砌体墙体抗剪承载力随之提高,但峰值位移无明显变化;受拉应力应变方程中待定系数的取值,对抗剪承载力及峰值位移影响较大。     

高烈度设防烈度下高层框剪隔震体系地震反应计算分析研究

在高烈度区高层框剪结构引入隔震技术,其目的是尽量减小地震荷载,增大结构处在弹性变形的适应范围,使抗震阶段的设计目标更易于实现和确保。将隔震体系简化分析模型引入高层框剪隔震体系,研究隔震支座厚度变化对框剪隔震体系地震反应的影响,并在高烈度设防烈度地震下进行结构动力时程分析。计算结果说明:加高隔震支座厚度,可以在一定程度上减小框剪隔震体系的地震荷载。设防烈度地震下,8度时上部结构自振周期为1~2s的框剪隔震体系完全能满足现行规范位移限值要求,8.5度上部结构自振周期为1~1.4s的框剪隔震体系也能满足现行规范位移限值要求,在9度时一般无法满足设计要求。     

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。     

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。     

型钢连接装配式低矮剪力墙抗震性能试验研究

采用带锚筋的锚板、腹板、端板以及加劲板作为连接件,能够通过干式连接方法将上下预制剪力墙构件连为整体。为研究该新型全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,设计了2个剪跨比为0.783的试件和1个相同剪跨比及配筋率的现浇整体墙体,并进行了低周往复拟静力试验,分析了该全装配式剪力墙的承载能力、刚度、延性性能和耗能能力等。研究结果表明:现浇整体墙体和全装配式剪力墙的破坏形式均为受剪破坏,全装配式剪力墙的极限位移角大于现浇整体墙体极限位移角,分别为1/77和1/133,轴压比为0.3时平均延性系数3.47,低于现浇整体墙体平均延性系数4.62;但该全装配式剪力墙具有较高的承载能力和耗能能力。型钢与剪力墙的锚筋需采用穿孔塞焊的形式连接,避免锚筋与锚板焊接的位置发生剪断的现象。     

竖波钢板组合剪力墙震损修复研究

钢板组合剪力墙在强震作用下受损严重,震损修复问题较为突出。现设计一片以方钢管作为边缘约束构件的竖波钢板组合剪力墙,在最大弹塑性层间位移角时的震损情况进行分析:竖波钢板组合剪力墙边缘约束方钢管刚度较大,与墙体不匹配,最终发生方钢管从地梁拔动的脆性破坏模式。对竖波钢板组合剪力墙进行震损修复,得到墙趾可更换竖波钢板组合剪力墙,然后进行拟静力试验。试验结果表明:（1）在震损后的竖波钢板组合剪力墙的墙趾处安装阻尼器,其抗震性能基本得到恢复。（2）修复后的竖波钢板组合剪力墙承载力较修复前降低了23%,但延性和耗能能力显著提升。（3）改变了竖波钢板组合剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏。借助有限元软件详细讨论了内嵌竖向波形钢板厚度和波角、轴压比、阻尼器腹板数量对修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的影响,结果表明:改变内嵌竖向波形钢板厚度对试件抗剪承载力影响较大,而改变内嵌竖向波形钢板波角、轴压比和阻尼器腹板数量对试件抗剪承载力影响较小。结合有限元算例,提出修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的计算公式,可为工程实际提供参考。     

不同网格间距的小剪跨比网格剪力墙抗震性能研究

为研究网格间距对网格剪力墙抗震性能的影响,对两个竖肢中心距不同的小剪跨比网格剪力墙进行了拟静力试验及有限元分析。结果表明：横肢中心距相同、竖肢中心距分别为200 mm及300 mm的网格剪力墙破坏模式不同,竖肢中心距为200 mm的网格剪力墙下部和墙底角部混凝土破坏,破坏模式为剪压破坏;竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙沿对角线主斜裂缝错动并产生滑移,破坏模式为剪拉破坏。两个试件的极限位移角均在1/100左右,竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙刚度和承载力略大。有限元模拟结果与试验吻合良好,验证了模拟方法的有效性。提出了适用于不同间距网格墙的等效厚度计算方法,网格剪力墙可等效为实体剪力墙计算刚度和承载力。     

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱抗震性能研究

目前,组合柱在建筑结构中进行了广泛应用和研究,研究表明:截面形式对组合柱的抗震性能有很大影响。首先,对钢桁架(ST)约束混凝土组合柱进行了试验研究。并在此基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了数值分析模型;其次,基于数值分析模型,分析了组合柱中各部件的应力应变状态,分别考察了轴压比、缀板排列方式、体积配箍率、角钢肢宽与肢厚等因素对柱抗震性能的影响;最后,给出了组合柱在不同抗震等级下轴压比限值的建议值,可为后续组合柱的研究提供参考。研究表明:随着轴压比的增大,组合柱的延性变差,承载力先增大后减小;合理的缀板排列方式可有效抑制角钢的局部屈曲;随着体积配箍率的增大,组合柱的承载力有一定提升,延性提高较为显著;随着角钢肢宽和肢厚的增加,组合柱的承载力和延性均有显著提升。     

嵩岳寺塔地震响应及最不利受力状态分析

采用数值模拟方法对嵩岳寺塔在多遇、设防和罕遇地震作用下的地震响应及最不利受力状态进行了分析,为后续结构安全动态监测提供了基础数据。分析结果表明:质量和刚度关于中轴面呈对称分布,塔身结构整体性较好。地震作用下,结构呈现一阶弯曲变形,没有表现出明显的鞭梢效应。1层塔身的变形最为严重,是结构的薄弱环节。罕遇地震作用下,上部塔身开始进入弹塑性状态,其他情况下仍处于弹性状态。结构承压性能较好,但门洞顶部的水平抗拉承载力存在一定不足,7层以下塔身外侧的竖向抗拉承载力存在一定不足,12层以下塔身中轴面附近的抗剪承载力存在一定不足,且门洞顶部受剪最严重。     

高强钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过对采用高强钢筋的6片T形混凝土短肢剪力墙和采用高强钢筋高强混凝土的6片L形短肢剪力墙进行低周往复加载试验,研究了T形和L形的破坏形态与性能差异,分析了高厚比、轴压比、配箍间距等参数对构件破坏形态、滞回耗能、骨架曲线、延性及耗能等抗震性能的影响,对比分析了构件与普通短肢剪力墙的抗震性能差异。试验结果表明:采用腹板端部箍筋加密的方式可减轻构件端部的损伤和降低正负向加载时承载力和延性的不对称性;T形构件中高厚比为5的试件表现为弯曲破坏,其他构件表现为弯剪破坏;试验中高厚比小的构件相对于高厚比大的试件延性耗能更好,轴压比增大,构件承载力提高但延性降低;与普通短肢剪力墙相比,T形短肢剪力墙承载力和变形能力提高,耗能增加,L形短肢剪力墙承载力提高较大,极限位移增大,构件后期变形能力略有降低,但可以满足抗震性能要求。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗剪承载力分析

为研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗剪承载力,分析其破坏机理,建立适用于不等高钢梁节点的抗剪计算模型,提出了节点的抗剪承载力计算公式,比较了基于不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值与试验值的差异性。结果表明:节点域的破坏模式主要为上核心区的剪切斜压破坏;节点域抗剪承载力主要由钢管腹板、核心区混凝土主斜压杆及约束斜压杆共同承担。对比分析表明:提出的节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力理论公式计算值更为接近试验值,验证了方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点传力机理和承载力计算公式的正确性。     

楔形挡块对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

在地震作用下中小跨径梁桥横向易出现落梁以及桥墩破坏。为了防止桥梁出现上述震害,提出以楔形挡块作为限位装置来提升桥梁的横向抗震性能。以一座3×20 m连续混凝土梁桥为例,通过OpenSees软件来建立有限元模型,在考虑板式橡胶支座的摩擦滑移效应、钢筋混凝土桥墩的非线性等力学效应的情况下,对其进行动力时程分析。引入主梁位移响应、桥墩顶部最大位移响应等作为指标,用柔性挡块、刚性挡块两种工况来与楔形挡块进行对比分析,并且分析楔形挡块不同角度对位移响应的影响。结果表明:楔形挡块角度设置合适时能够有效约束梁体位移响应,并且不显著提高桥墩顶部的位移响应。     

基于IDA的层间隔震结构失效模式研究

层间隔震结构是由基础隔震结构发展而来的一种新型隔震结构。为研究层间隔震结构的倒塌,需先研究不同层间隔震结构的不同失效模式和失效位置,文章建立了3个不同结构参数的层间隔震结构有限元模型,选取20条与抗震规范反应谱吻合的地震动,采用增量动力分析（IDA）方法,分别对其失效模式和失效位置进行研究。研究表明:基于不同的结构参数,层间隔震的基本失效模式有三种,即隔震层水平位移超限导致结构失效、下部结构层间位移角超限导致结构失效、隔震层拉压应力超限导致结构失效;隔震层下部结构和隔震层最外边缘支座为结构的薄弱位置,应引起更多关注。此方法不仅可以研究结构的不同失效模式,还可以确定失效位置,可为下一步层间隔震结构的抗倒塌分析提供理论基础。