圆弧滑道双辊轴摩擦摆隔震系统的研究

根据动能定理及滚动摩擦耗能原理推求了一种圆弧滑道双辊轴摩擦摆隔震系统动力反应分析计算公式。辊轴放置在具有内凹圆弧曲线形状的上盘、下盘滑道中间,与滑道之间为非协调接触,形成辊轴式摩擦摆。分析与计算结果表明:这种摩擦摆具有隔震系统所必需特性。较长的自振周期使其具有必要的隔离能力;依靠结构重力可以使其复位;依靠滚动摩擦的作用,可以消耗传入上部结构的地震能量。设置辊轴摩擦隔震系统之后,能大幅减少结构地震动力反应的层间位移。适当地选取圆弧滑道半径与滚动摩擦系数值,隔震效果可达90%左右。当圆弧滑道半径为2m―3m、滚动摩擦系数小于0.01时,隔震系统具有较好的消能效果与复位能力。     

采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析

针对地铁地下车站结构中柱、中板等抗震薄弱构件，分别研究了车站结构在传统完全约束结构形式下，在上下层中柱顶部设置弹性滑移支座时，以及本文提出的在中板边缘及底层中柱设置隔震支座时的地震反应特性，建立了土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的二维有限元分析模型，对比分析了采用不同隔震形式对车站主体结构静动力反应特性的影响规律。结果表明：与传统车站结构相比，在中柱顶部设置弹性滑移支座能有效降低车站中柱处的地震损伤，具有更好的抗震性能。采用本文提出的中板边缘及底层中柱设置隔震支座，可以在减小中柱所受地震损伤的同时，有效地保证结构中板在强地震中不受严重损伤，从而提高车站的整体抗震性能。     

摩擦摆支座隔震连续梁桥地震能量反应研究

以某三跨混凝土连续梁桥为例,建立了该桥的空间有限元分析模型,在3条人工地震波作用下,采用非线性时程分析方法计算了应用摩擦摆支座(FPS)隔震前、后结构的纵向地震能量反应,对比了3种隔震体系的耗能效果,并研究了FPS等效滑动半径和摩擦因数对能量反应及分配的影响。分析研究结果表明,采用FPS隔震后结构体系绝大部分地震能量由支座耗散,可有效降低结构的能量耗散需求,保护结构安全,其中全桥隔震方案效果最好。增大等效滑动半径和摩擦因数均有利于提高FPS支座耗能减震效果,结构能量耗散需求随之减小,但当等效滑动半径和摩擦因数较大时,继续增大设计参数对耗能减震效果的改善作用趋于不变。     

曲线连续梁桥不同减隔震方案对比分析

采用减隔震装置可有效减小连续梁桥的地震反应。选取一曲线连续梁桥,根据该桥的地震反应特点,分别采用铅芯橡胶支座、黏滞阻尼器、摩擦摆支座三种减隔震装置进行减震控制。通过动力非线性时程分析,对比了三种减震装置的减震效果,发现铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器对边墩的墩底切向反力有放大作用,摩擦摆支座对主梁位移有放大作用;三种单一的减震措施难以完全满足该曲线连续梁桥减震控制要求。为此在单一的减震措施基础上进行改进,形成混合减震控制方案。分析表明,改进的混合减震措施可以弥补单一减震措施的不足,取得良好的减震效果。     

高墩大跨连续梁桥内力位移双控减隔震体系的有效性初探

为解决高墩大跨连续梁桥减隔震设计中存在墩底内力与梁端位移矛盾的问题,基于撑架连续梁结构特点和耗能减震思想提出了一种摩擦摆支座和撑架相结合的墩底内力、梁端位移双控的减隔震体系。推导了撑架结构等效阻尼比的计算公式,对比研究了4种减隔震方案的地震响应,验证了摩擦摆和撑架组合使用的优越性,并对撑架结构进行了参数分析,还分析了附加撑架结构在静力方面的优势。结果表明：在撑架等效阻尼比为9%时,静力方面连续梁支点负弯矩减小27%;动力方面墩底弯矩最大减震率为79%,墩底剪力最大减震率为83%,梁端位移最大减震率为50%。说明摩擦摆支座和撑架的组合使用,可实现墩底截面内力和梁端位移的有效控制,降低大跨连续梁的静力和动力响应。     

基于不同地基隔震体系的两层三跨地铁地下车站结构抗震性能分析

针对两层三跨地铁地下车站结构的地震破坏特征，采用水泥橡胶砂混合土作为地铁地下车站结构周围回填地基隔震层，建立三种不同地基隔震体系的土-隔震层-地下结构静、动力耦合非线性动力相互作用的二维有限元计算模型，分析了不同地基隔震层设置方案对地铁地下车站结构的相对层间位移角、加速度反应、震后残余变形和混凝土地震损伤破坏等地震反应的影响规律。结果表明：在地下车站结构周围地基设置水泥橡胶砂隔震层可以有效地减轻地下车站结构的地震侧向变形，尤其是在四周都采用隔震材料回填时效果最好；总体来看，在车站结构周围采用不同地基隔震的方法均可以有效地减轻地下车站结构的惯性力和混凝土地震损伤程度，提高了结构的整体抗震性能，从经济角度和施工方便出发，建议优先选用在地下车站结构两侧设置地基隔震层。     

多维地震动作用下摩擦摆基础隔震结构能量反应分析

摘要：本文对摩擦摆基础隔震结构进行了能量反应分析,研究了多维地震动、地震烈度和支座摩擦系数对结构能量反应的影响,表明水平双向地震动输入时结构总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;而竖向地震动的参与使结构总输入能量略有增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构变形耗能比增大;随着地震动强度的提高,结构的总输入能量显著增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;随着支座摩擦系数的增大,结构的总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构的变形耗能比增大。     

铜基面抗拔摩擦摆支座的力学性能研究

为克服现有摩擦摆支座聚四氟乙烯（TEFLON）摩擦面承压能力低和缺乏竖向抗拔功能的不足,对课题组的专利产品—竖向抗拔摩擦摆支座进行了力学性能研究。论文首先介绍了支座的基本构造,并建立了支座的理论模型。为验证理论模型的合理性,设计了竖向承载力3000kN铜基面的摩擦摆支座,并对其进行试验研究。试验测定了竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数,考察了竖向压力和滑移速度对摩擦系数与滞回性能的影响。结果表明：铜基面摩擦摆支座在正弦简谐激励作用下的滞回曲线为平行四边形,与传统摩擦摆支座的滞回曲线具有相同的特征,呈刚塑性;铜基摩擦摆支座的摩擦系数的平均值在0.096-0.109间;滞回曲线的测试结果与数值模拟数据吻合较好,验证了理论模型的合理性。     

近断层地震下大跨度铁路钢桁架拱桥减震技术研究EI北大核心CSCD

以我国某主跨400 m的铁路钢桁架拱桥为工程背景,采用低频速度脉冲叠加高频记录底波的方法合成近断层脉冲型地震动开展动力时程分析,研究了大跨度铁路钢桁架拱桥的响应特性及纵、横桥向减震技术。结果表明,近场脉冲型强震作用下,各构件的响应较未考虑脉冲效应时明显增大,交界墩墩底及横梁、引桥墩墩底等截面破坏严重,支座破坏严重,梁台存在碰撞风险。全桥布置摩擦摆支座可降低主拱应力,但无法有效控制桥墩弯矩响应,且会放大梁端位移;“摩擦摆支座+黏滞阻尼器”的纵桥向减震方案可使主拱应力、交界墩底弯矩、梁端位移分别下降28.53%,63.23%,22.52%,减震效果明显;横桥向增设防屈曲支撑可大幅减小桥墩横梁地震响应,交界墩下、中横梁弯矩降幅分别达58.89%, 62.48%。采用上述组合减震措施可提升桥梁的整体抗震性能,满足抗震设防要求,可供同类型桥梁的减震设计参考。     

基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析

为克服复杂摩擦摆减隔震结构隐式非线性动力分析收敛困难且计算效率低的技术瓶颈;基于经典的摩擦摆力学模型,该文构造了一种2节点12自由度的显式摩擦摆单元,利用修正的向前Euler方法实现了此单元的内力计算;在自主研发的非线性有限元软件中完成开发,通过与SAP2000隐式摩擦摆单元对比,验证了开发内容的正确性。利用自主研发软件对某三塔连体结构进行了整体动力时程分析,研究了结构非线性、连廊支座类型及参数对结构动力响应的影响。     

设置多功能摩擦摆系统的单层球面网壳结构地震响应分析

提出了一种新型多功能摩擦摆支座(MFPB),考察了其在周边支承单层球面网壳结构中减震控制性能。上诉隔震装置由摩擦摆支座、形状记忆合金(SMA)拉索和套筒式限位器组成;为了研究MFPB的隔震耗能机理,建立了此隔震支座的理论模型,进而,对MFPB的滞回行为进行了数值模拟,并分析了其性能特征;将MFPB隔震系统引入单层球面网壳结构中,基于ABAQUS软件建立了受控结构的分析模型;对结构进行了非线性时程分析,利用结构的动力响应指标,评估了受控和无控网壳的抗震性能。研究结果表明,所研发的新型隔震系统可有效降低结构的多维地震响应,且具备抵抗强震灾变的潜力,故有助于提升高位隔震空间网壳结构的总体抗震性能。     

曲线连续梁桥支座模型对结构地震反应影响分析

针对桥梁结构分析中常将聚四氟乙烯滑板橡胶支座处理成理想活动支座而忽略滑板与梁底钢板间摩擦耗能作用问题,采用双线性模型及摩擦滑动单元分别模拟滑板支座进行非线性时程分析,获得支座及结构反应。分析结果表明,理想的活动支座模型会高估桥梁的地震反应,双线性模型与摩擦滑动单元模型分析结果接近;摩擦滑动单元能考虑支座竖向力变化对摩擦力影响及曲线桥支座负反力情况,更符合实际,适用性更广。     

油垫可倾式静动压混合支承摩擦副变形

液体静压支承在高速重载工况下运行时,由于强挤压和高速剪切联合作用,微间隙油膜温度和油腔压力分布不均匀,导致静压支承摩擦副发生热固耦合变形,影响液体静压支承的承载能力和高精度稳定运行。为了解决该难题,提出一种新型油垫可倾式静压支承结构,其运行过程中可实现任意方向微摆,产生附加动压,形成静动压混合支承,达到高速重载工况条件下静压支承高精度稳定运行的目的。依据流热固耦合理论,采用ANSYS Workbench对支承摩擦副变形进行流热固耦合分析,探讨承载0 t~32 t极端工况条件下旋转工作台、可倾油垫和底座的流热固耦合变形规律。提取变形数据,并经MATLAB编程处理后得到摩擦副变形关系,发现油腔外侧封油边边角处变形最大,此处间隙油膜最薄,最易发生摩擦学失效,成果为进一步控制摩擦副变形和摩擦学失效机理研究提供新方法。     

新型高性能电力机车受电弓滑板的研究

通过分析当前电力机车受电弓滑板存在的各种问题,用粉末冶金法研制出一种新型的受电弓滑板.该滑板由铜、碳纤维和石墨等构成.分析了成形压力、烧结温度对滑板性能的影响,对其导电性、摩擦、磨损性能及冲击韧性进行了检测,并与当前正在使用的受电弓滑板进行了对比.结果表明:该新型滑板的最佳制备工艺条件为(含量)铜78%,碳纤维2%,石墨15%,添加剂5%,成形压力为200MPa,烧结温度为880℃.该滑板不仅电阻率低,而且其摩擦、磨损及冲击韧性等性能也优越于当前正在使用的受电弓滑板.与国外浸金属碳滑板Rh82Mb相比,其摩擦系数降低20%,磨损量减少1.3%,冲击韧性提高1.7倍,导电性增强65倍.     

基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究

针对目前最常用的32 m跨径高铁简支梁桥,同时考虑对行车安全不利的路桥过渡段和墩高改变处,对高铁桥梁的行车安全性能进行了评价;分析了铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等常规减隔震方案在高铁桥梁中运用的可行性。分析结果表明,采用盆式橡胶支座的高铁桥梁在地震作用下轨道变形和轨道横向加速度较大,无法满足高速运行的列车的行车安全性要求;采取常规减隔震措施之后,尽管地震响应有所降低,但在路桥过渡段依然无法满足列车的行车安全性要求。鉴于此,研发了抗冲击多向耗能阻尼器,与盆式支座相结合,提出了可以满足列车行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系。该体系可在地震作用时盆式支座剪断瞬间承受较大的冲击力,保证体系转换过程中桥梁结构的刚度不发生突变,控制轨道变形不超过允许的限值,保证列车的行车安全性。     

摩擦曲面隔震结构动力学模型及地震响应分析

针对强震下摩擦滑移隔震系统位移较大且震后存在较大残余变形的现象,提出了一种摩擦曲面隔震结构体系,在地震作用和结构重力作用下上部结构绕隔震层曲率中心做往复滑移运动。建立了摩擦曲面结构的简化单质点双支座力学模型,基于模型的运动方程得到了支座轴力的表达式及其参数相关关系。完成了钢筋混凝土框架剪力墙结构模型的地震模拟振动台试验,试验结果表明摩擦曲面隔震结构相比于平面摩擦滑移结构,上部结构加速度略有增大,但在控制隔震层位移及支座应力方面具有更优的效果。进行了振动台试验的数值模拟,通过试验结果对比验证了正确性,并通过数值模拟分析了曲率半径和隔震层摩擦系数对结构响应的影响。     

铜-塑自润滑复合材料的设计和性能

提出了一种新的铜--塑自润滑复合材料的设计方法，导出了其极限承载力与摩擦系数的关系．在此设计理论基础上研制出新型铜一塑复合材料NTS-100．自润滑复合材料承受的弹性模量越小、接触应力越大，其承载力越大；接触面的剪切强度越小，摩擦系数越小．铜--塑自润滑纳米滑块的承载能力高、摩擦系数小．填充纳米A1203在保持低摩擦系数同时，提高承载力，抑制聚四氟乙烯(PTFE)塑料的蠕变，减少实际接触面积，降低时效摩擦系数．