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。     

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。     

隔震层竖向刚度对高层基础隔震结构的影响

高层隔震建筑的隔震层在罕遇地震作用下会产生拉应力。本文通过对一栋20层的高层隔震结构,分别采用等拉压刚度模型和不等拉压刚度模型进行动力非线性时程分析,研究叠层橡胶隔震支座竖向刚度模型对高层基础隔震结构动力响应的影响。研究表明,超出线弹性工作范围后,竖向等拉压刚度模型将会低估隔震层的竖向位移量,低估上部结构的动力响应。     

橡胶隔震支座力学性能试验研究

在自行研制的压剪试验装置上进行了橡胶隔震支座水平刚度和竖向刚度等力学性能的检测试验研究,试验结果为建筑结构基础隔震设计和橡胶支座设计改进提供了依据。试验检测的产品已用于多个建筑工程。     

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。     

一种新型三维隔震支座的试验研究

通过研究三维隔震支座与二维隔震支座力学性能的相关关系,对传统的蝶形弹簧改进,并将改进后的新型蝶形弹簧通过对合叠合的方式组成蝶形弹簧竖向隔震支座,与普通橡胶支座通过串联的方式组合成一个新型的三维隔震支座。对二维天然隔震橡胶支座(LNR)、碟形弹簧竖向隔震支座、三维隔震支座分别进行了水平方向和竖向力学性能试验,分析了独立状态下的二维隔震支座与三维隔震支座相互之间力学性能的关系,并对其规律进行了归纳和总结。试验结果表明:竖向弹簧片支座的竖向刚度随压应力的增加呈线性变化;在低频率情况下频率对其竖向刚度影响不大;三维隔震支座的水平刚度相对于独立状态下的LNR会略有降低;LNR对三维隔震支座的整体竖向刚度的影响不大。     

高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。     

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。     

基础隔震结构高宽比限值研究

根据结构变形特点,提出基于Timoshenko理论的基础隔震分布参数体系模型,推导隔震结构高宽比限值计算公式,分析各参数对隔震结构高宽比限值的影响规律。分析表明,隔震结构和非隔震结构基本周期比值在一定范围内变化时,剪力系数、弯矩系数与周期比呈稳定曲线关系;高宽比限值随结构宽度方向布置支座个数增加而降低;在隔震支座总面积确定时,选择大直径隔震支座大间距布置方式可提高隔震层变形能力及高宽比限值;高宽比限值受竖向地震作用影响较小,随竖向地震系数增大高宽比限值略有降低;降低隔震层刚度、增大隔震层阻尼可提高结构高宽比限值;容许支座出现拉应力可在一定程度上提高结构高宽比限值。最后结合20层框剪结构工程算例,验证隔震结构高宽比限值公式的有效性。     

建筑用低硬度橡胶隔震支座界限性能和屈曲性能研究

本研究系统地对低硬度橡胶隔震支座的材料及力学性能进行了试验研究。研究用低硬度橡胶天然及铅芯橡胶隔震支座18种规格总计近30个大直径隔震支座。研究内容涉及低硬度橡胶隔震支座的基本力学性能，温度、压力、剪切变形、老化及徐变等相关性能，压缩界限、拉伸界限、极限剪切变形等界限性能和屈曲特性，以及橡胶材料性能和隔震工程应用等方面。本文主要介绍低硬度橡胶天然及铅芯隔震支座的压缩、拉伸、剪切等界限性能和屈曲应力与剪切应变的相关特性，文中提出了基于刚度因子建立的橡胶支座的界限压缩和界限拉伸应力评价方程，同时还给出了剪切变形状态下的屈曲应力评价方法。     

高层隔震结构模型双向振动台试验研究

对一缩尺1∶16比例高宽比为5的橡胶垫隔震结构模型进行了双向地震动输入振动台试验研究。通过输入不同大小和类型的地震波,分析隔震上部结构和隔震支座的地震反应。试验结果表明:隔震上部结构减震效果较好;隔震支座在某些工况下,竖向可进入非线性受拉变形状态,此时的结构存在倾覆危险。试验相关数据的分析可为高层隔震结构设计理论和规范的编制提供试验依据。     

短柱隔震模型与非隔震模型模拟地震振动台对比试验研究

本文取一栋四层转混住宅的标准单元为模型。在两种情况下：即房屋模型底部加设钢管混凝土短柱隔震支座和不加设钢管混凝土短柱隔震支座,分别进行了模拟地震动台试验。通过试验结果的对比,了解了钢管混凝土短柱支座隔震模型的隔震效果及其抗震性能。     

超高应力隔震组合支座的基本力学性能研究

提出了1种超高应力隔震组合支座高性能隔震系统,该隔震系统是由多个橡胶支座按设计所需规则组合而成。建立了高性能隔震系统回转刚度理论公式、水平刚度、竖向刚度和屈曲应力的相关理论公式,并采用300型缩小试件对HPIS高性能隔震系统组合支座进行了竖向刚度、屈服后刚度、屈服力等基本性能和相关性的低周反复加载试验。研究结果表明:高性能隔震系统组合支座相对单体橡胶支座,在回转刚度、压应力稳定性及屈曲应力等方面均有显著提升。     

带有双曲面球型减隔震支座的钢桁梁节段模型拟静力试验研究

道庆洲桥是一座公轨两用双层变高钢桁组合桥梁,采用双曲面球型减隔震支座。该支座的竖向承载力为135 000 kN,超出桥梁双曲面球型减隔震支座规范的正常标准。为了研究此桥的抗震性能及其支座性能,本文设计和制作了安装有与实桥支座的竖向承载力相似比为1∶25的双曲面球型减隔震支座的双层变高度钢桁梁节段的缩尺模型,对其进行拟静力试验。得到了整个模型在不同支座轴压比下的滞回曲线、骨架曲线、刚度和水平承载力退化、耗能能力和滑动摩擦系数等抗震性能指标。试验结果表明:不同支座轴压比下,模型的滞回曲线饱满,呈现为平行四边形;与普通双曲面球型减隔震支座相比,支座的滞回性能相同;随着支座轴压比的增加,模型的水平承载能力、累积耗能、初始刚度和滑动摩擦系数也会相应增加,但对于水平承载力退化、刚度退化和等效黏滞系数影响较小;试验模型具有良好的抗震性能。     

隔震支座非线性特性的数值模拟

对隔震支座进行精细的数值仿真是准确模拟隔震支座力学特性的基础。在确定天然橡胶本构模型参数的基础上,采用有限元软件建立了不同形状系数的隔震支座模型,并对支座施加竖向荷载和水平循环往复位移荷载情形进行了动力特性分析。分析结果表明,铅芯橡胶隔震支座的水平刚度随轴压应力的增大而降低,但是变化幅度不大,而水平刚度随第一、第二形状系数的增大而提高。结果还表明隔震支座的力学特性可以采用数值方法进行准确模拟。     

低硬度橡胶隔震支座基本力学性能及恢复力特性

本研究对低硬度橡胶隔震支座的材料性能（主要包括力学性能）进行了系统的试验开发及理论研究。研究用低硬度橡胶隔震支座包括天然橡胶隔震支座及铅芯橡胶隔震支座两大类18种规格总计近30个大直径隔震支座。研究内容涉及橡胶隔震支座竖向刚度、水平刚度及阻尼等基本力学性能；压缩界限，屈曲及极限剪切变形等界限性能；温度、压力、剪切变形、老化和徐变等相关性及长期特性；同时还对橡胶材料其他性能进行了系统的试验研究。本文主要介绍低硬度天然橡胶隔震支座及铅芯橡胶隔震支座的基本力学性能，如竖向、水平刚度和恢复力等特性。     

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。     

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。     

橡胶座非线性弹性拉伸特性的理论和试验研究

本文系统地研究分析了橡胶隔震支座(简称橡胶座)拉伸相关的基础理论,提出了原点拉伸纵弹性模量、拉伸刚度因子、原点拉伸刚度、偏拉原点刚度等基本概念,还提出了计算橡胶座非线性段拉伸刚度的双刚度和原点拉伸刚度应力应变模型等理论。基于原点拉伸刚度和偏拉原点刚度,提出了预测橡胶座的拉伸变形量计算理论。针对新提出的基本概念和计算理论采用低弹性天然橡胶和铅芯橡胶座原型试件进行了试验研究工作,结果表明本文建立的计算理论能够较理想地定量分析橡胶座拉伸相关的刚度和变形特性。     

摩擦摆支座隔震结构实用设计方法

本文以9度区某高层建筑为背景,重点介绍摩擦摆支座隔震的工作原理、设计参数以及设计流程和方法。分别采用铅芯橡胶支座和摩擦摆支座方案进行了隔震设计,以两种方案的隔震层力学简化模型的相似性为基础,比较两种隔震设计方案的异同,通过时程分析方法比较了两种隔震方案的隔震效果。研究结果表明,尽管两种支座特点迥异,但只要控制隔震层力学参数相似,便能得到相近的减震效果。