摩擦摆隔震混凝土框架结构的有限元分析

对一幢四层摩擦摆隔震框架结构进行ABAQUS有限元模拟,将隔震前后结构的动力反应进行了对比,分析结果表明:摩擦摆隔震支座可有效降低上部结构的地震响应,具有使上部结构整体平动的良好隔震性能。     

钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法

层间隔震是当前抗震防护技术中的热点问题之一。本文首先给出钢筋混凝土弹性矩阵的等效计算方法以及普通叠层橡胶支座(RB)、铅芯橡胶支座(LRB)等效弹簧单元刚度矩阵的计算方法;接着采用ABUQUS软件建立框架数值模型并设置相应的边界条件;最后以一幢8层钢筋混凝土框架结构建筑为例,通过数值计算,比较分析了以RB橡胶支座和LRB橡胶支座作为隔震装置的两种层间隔震方案的优劣。计算结果表明:与传统结构相比,两种层间隔震方案都能大大降低上部结构的加速度、位移响应;上部结构运动近似于刚体运动,抗震效果明显。总体上看,LRB隔震方案优于RB隔震方案。本文方法对钢筋混凝土层间隔震技术的数值模拟研究有一定的意义。     

FPS隔震体系振动台试验与有限元模型对比分析

设计制作了一种摩擦摆隔震支座,并将其置于基础与上部结构之间,完成了一6层单跨钢框架摩擦摆隔震体系模拟地震振动台试验。针对不同场地从模型振动台试验和有限元计算两个方面进行了全面研究,并将两者结果进行比较。试验及有限元分析结果表明:理论分析和试验研究结果吻合较好,摩擦摆隔震装置能够有效的延长上部结构的自振周期,限制隔震层过大位移,同时具有自动回位的功能,有效减少了地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显。     

某多塔连体高层结构抗震性能化分析

某多塔连体高层建筑由3栋高度不同的高层建筑和高位钢结构连接体组成,连接体与主体结构之间设置摩擦摆隔震支座,支座位移较大的位置设置黏滞阻尼器。对整体结构进行了考虑支座非线性的整体建模分析,并与单塔独立模型的模拟结果进行对比。结果表明：设计所选用的弱连接有效减小了连接体对主体结构的影响,设置摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器减小了各塔楼的地震响应。最后,对整体结构进行了动力弹塑性时程分析,研究了结构的位移和层剪力、摩擦摆隔震支座和阻尼器的响应以及构件的损伤变化过程。结果表明：整体结构、摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器、结构构件均满足预定的抗震性能设计目标,该多塔结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制,符合结构工程抗震概念设计的要求。     

摩擦摆隔震高层框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能,提出了摩擦摆隔震设计的具体流程,并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果,制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果,研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应,对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震,该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性,设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修;结构的楼层响应显著降低,摩擦摆完全起滑后,地震强度越大,摩擦摆的隔震效果越好,且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力;在9度罕遇地震作用下,剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升,对摩擦摆的滞回性能产生影响。     

Shaking table test study of high-rise frame-shear wall structure isolated by friction pendulum bearings

为了研究摩擦摆隔震高层结构的抗震性能，提出了摩擦摆隔震设计的具体流程，并设计了一栋12层的摩擦摆隔震框架-剪力墙结构。为考察其隔震效果，制作了相应的缩尺模型并进行振动台试验。基于试验结果，研究上部结构的楼层响应和摩擦摆隔震支座的位移响应，对比分析剪力墙下摩擦摆及框架柱下摩擦摆滞回性能的区别。研究结果表明：通过摩擦摆隔震，该框架-剪力墙结构实现了9度多遇地震弹性，设防地震、罕遇地震甚至超罕遇地震可修；结构的楼层响应显著降低，摩擦摆完全起滑后，地震强度越大，摩擦摆的隔震效果越好，且摩擦摆隔震支座具有良好的自复位能力；在9度罕遇地震作用下，剪力墙下摩擦摆发生了竖向提离抬升，对摩擦摆的滞回性能产生影响。     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

三重摩擦摆非对称框架结构的动力响应分析

借助ANSYS软件分别模拟单摆和三摆隔震支座,通过提取滞回曲线得出三摆隔震支座的特点;然后根据非对称框架结构的自身特点,通过采用数值模拟对非对称结构设置三重摩擦摆新型隔震支座对在8度罕遇地震作用下的响应,根据上部荷载不同设置不同参数的三重摩擦摆隔震层,对其隔震效果进行分析比较。计算结果显示,采用三重摩擦摆隔震可使上部结构的地震反应显著减小。通过合理设置三重摩擦摆的关键参数,对隔震层和上部结构的位移进行调整,可实现对隔震层的水平位移、扭转振动以及平-扭耦联作用有效的控制,保证底层柱受力合理。     

某中学教学楼的安全鉴定与抗震加固

为提高既有建筑物的抗震设防烈度,以某中学教学楼为研究对象,运用超声回弹实测方法对结构的强度进行检测,并基于有限元分析方法对不同加固措施的建筑抗震性能进行对比分析,研究结构的层间位移、层间剪力的变化规律。结果表明：所有结构构件的单轴抗压强度实测平均值均大于立方体单轴抗压强度标准值35MPa,结构力学性能满足安全要求;结构X向和Y向层间位移均随着楼层高度的增加呈非线增加,相对于原结构,采用框架柱结构的抗震加固技术可以减少X向和Y向的层间位移,而采用隔震钢支座的抗震加固则反之;不同抗震加固工况下的结构层间剪力随着楼层高度的增加均呈非线性增加,相对于原结构,采用框架柱结构的抗震加固技术的层间剪力略有增加,而隔震钢支座的层间剪力则大幅度减小。     

摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用

介绍摩擦摆支座的工作原理，根据简化的荷载-位移滞回曲线给出摩擦摆支座初始刚度、等效刚度及恢复力等的计算公式。列举摩擦摆支座在国外桥梁设计与加固中的应用，也介绍在国内桥梁工程中的研究与应用现状。最后，根据某城市高架桥抗震设计的一个实例，分析标准联结构采用摩擦摆支座的隔震效应。计算结果表明，摩擦摆支座的隔震效果明显，但会增加主梁支座的位移，在设计中要注意支座与抗震挡块之间的间隙，确保摩擦摆支座的极限位移。     

Seismic performance of column supporting single-layer reticulated domes with friction pendulum bearings

The friction pendulum bearing (FPB) has been widely studied as an effective dry friction sliding isolation device, due to its self-limit and self-reset capability. The refinement finite element models of FPB were applied to column supporting single-layer reticulated domes. The seismic performances of these structures with FPBs were systematically analyzed by finite element software LS-DYNA. Numerical results illustrate that the optimal friction coefficient of FPB increases with increasing earthquake intensity and the optimal range of friction coefficient locates between 0.025 and 0.15. The seismic effects of single-layer reticulated domes with FPBs are strengthened with the increase of curvature radius, while isolation effect of FPBs has no obvious change as the curvature radius exceeds 1.5 m. Additionally, the parameter selection principles of friction pendulum bearings for column supporting single-layer reticulated domes are given by means of investigating the force of the slider of FPBs and dynamic analysis of single-layer reticulated domes with FPBs.     

摩擦摆式抗震支座在现浇连续梁中的应用

以一座四跨连续梁桥为研究对象,结合土木工程通用有限元分析软件Midas分析地震力作用下桥梁使用普通盆式支座和摩擦摆支座对桥梁下部结构受力性能的影响,分析结果表明在地震力作用下,装有FPB隔震支座桥梁比非隔震支座桥梁具有良好的隔震效果。     

Shaking table tests of bridge model with friction sliding bearings under bi-directional earthquake excitations

Abstract

The widespread use of seismic isolation to protect structures from damage has already been proven as an effective and economical method. In order to investigate the seismic performance and isolation effect of isolated bridge with the traditional friction pendulum bearing (FPB) and the novel triple friction pendulum bearing (TFPB), the force–displacement hysteretic relationships of FPB and TFPB were validated by the displacement-controlled tests, and the shaking table tests were carried out on a 1/10 scaled simple-supported bridge model with FPBs and TFPBs under bi-directional earthquake excitations. The effects of the friction coefficients and the radius of the TFPB on the seismic responses were analysed using the extensive experimental results. The experimental data and the numerical results show that the TFPB can be reliably used for the passive device to control the seismic response of the bridge, which could satisfy the demand of performance-based seismic design philosophy in high seismicity regions. In addition, the results illustrate that the bi-directional interaction of the TFPB has effects on the dynamic responses of the bridge. If the bi-directional interaction is ignored, the deck displacements are underestimated, which can be crucial from the design point of view.     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

基于摩擦摆支座的地铁车站减震控制参数敏感性分析

为研究摩擦摆支座参数对地铁车站结构地震响应的影响,以大开车站为研究对象,建立了三维精细化摩擦摆支座模型,开展了设置摩擦摆支座地铁车站结构的非线性动力时程分析。基于数值模拟结果,研究了摩擦摆支座滑面摩擦系数与滑面等效半径的不同组合对地铁车站结构地震响应的影响。研究发现,滑面摩擦系数与滑面等效半径的改变会明显改变地铁车站结构的地震响应,相比于滑面等效半径,滑面摩擦系数的改变对车站地震响应的影响更大。摩擦系数越小,车站中柱的地震响应越小。车站中柱的弯矩与变形随着摩擦摆支座等效半径的减小而增大,中柱剪力随等效半径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

摩擦摆隔震框架结构振动台试验研究

摩擦摆是一种常见的隔震装置,将基础和上部结构隔开,在地震发生时起到保护上部结构的作用。为研究摩擦摆隔震结构在地震作用下的响应,设计一个4层框架抗震结构与一个隔震结构以及它们对应的缩尺模型,选择了2条天然地震动和1条人工地震动,分别对2个缩尺模型进行振动台试验。试验考察2个结构的动力特性、层位移响应、楼层加速度以及隔震层的响应。研究表明：摩擦摆具有良好的隔震能力,能显著降低层位移以及楼层加速度,降低的幅度超过50%。     

PC隔震框架预制单元拆分及整体结构地震损伤分析

为研究不同预制单元拆分方式对装配式混凝土(PC)隔震框架抗震性能的影响,考虑预制构件节点拼接位置的不同,选取了3种PC隔震框架预制构件的拆分方式,即梁柱节点与梁柱整体预制的拆分方式1、多层柱与节点整体预制的拆分方式2以及传统梁柱节点区后浇的拆分方式3。利用有限元软件ABAQUS分别建立了采用3种不同拆分方式的5层装配式隔震框架PCIF-1,PCIF-2,PCIF-3及对应的现浇隔震框架RCIF,并对地震作用下结构变形、层间位移角和结构损伤耗能等进行了对比分析。结果表明:相较现浇结构,装配式结构刚度较弱,罕遇地震作用下,装配式隔震框架层间位移和隔震支座变形增大,上部结构损伤更为严重,隔震层损伤略微增加; 不同拆分方式下,装配式隔震框架损伤程度和位置分布不同,现浇结构集中于底层柱端,装配式结构连接界面处较为薄弱,应力较大; 采用拆分方式1,2的装配式隔震框架PCIF-1和PCIF-2均满足抗震需求,受力性能良好; 综合考虑结构受力和施工方便,建议采用拆分方式1对装配式隔震框架进行预制构件拆分。     

某摩擦摆隔震框架结构地震反应分析

介绍摩擦摆隔震支座的基本原理,采用可考虑动轴力和双方向耦合的FP模型建立摩擦摆隔震框架结构,分别用ETABS、SAP2000和MIDAS三个软件对摩擦摆隔震框架结构及其对应的非隔震框架结构进行模态分析、反应谱分析以及动力时程分析。结果表明:安装摩擦摆隔震支座能有效地控制位移、加速度和基底剪力等地震反应,削减构件内力;相比于多遇地震,罕遇地震下支座耗能性能得到更充分的发挥、结构响应降幅明显,减震效果更为理想。