竖向刚度对FPS滑移摩擦摆系统隔震性能影响研究

根据多体动力学理论相对动能定理推求了FPS滑移式摩擦摆隔震系统动力反应分析计算公式,并考虑了竖向弹性振动的影响。分析与计算结果表明:FPS滑移摩擦摆具有隔震系统所必需的特性。较长的自振周期使其具有必要的隔震能力;依靠重力可以使结构复位。依靠滑块与滑道接触面的滑动摩擦阻力可以消耗传入结构的能量。适当地选取滑道半径与滚动摩擦系数值,隔震效率可达90%左右。当滑道半径为2m～3m、滑动摩擦系数为0.01左右时,隔震系统具有较好的消能效果与复位能力。在通常实用的滑动摩擦系数范围内,当竖向层间刚度系数为水平层间刚度系数的10倍以上时,可以不考虑竖向振动对水平方向隔震效果的影响。     

三重摩擦摆支座多阶段隔震性能的控制参数分析

简要介绍了三重摩擦摆支座的基本原理和力-位移关系,分析讨论了三重摩擦摆支座用于数值模拟的串联模型及其数值模拟的实现方法。以一装设三重摩擦摆支座的六层钢筋混凝土框架结构为算例,利用串联模型模拟三重摩擦摆支座,采用SAP2000进行建模分析。选择3组分别对应众值烈度、基本烈度以及罕遇烈度水准的地震动记录,对该隔震结构动力模型进行非线性时程分析,研究了支座滞回特性以及中周期支座和长周期支座的参数变化对隔震结构地震响应的影响。分析结果表明:支座的滑移面半径和滑移面摩擦系数对中周期支座隔震结构响应的影响较大,而滑移面半径和支座位移能力对长周期支座隔震结构响应的影响较大。     

隔震层刚度对摩擦滑移结构地震反应的影响

为研究隔震层刚度对基础隔震结构隔震情况的影响,以寻求最优隔震层刚度。在一多层简单钢筋混凝土框架结构的基底设置摩擦系数为0.05的摩擦滑移隔震钢板,采用SAP2000建模和分析。比较了首层柱子底部做成刚性底板与否的隔震情况,也比较了在不同隔震层刚度下结构的隔震情况。研究结果表明:设有刚性底板的隔震结构能有效控制基底最大滑移量。所选结构在隔震层刚度为2 000 kN/m时隔震效果最佳,降低了结构在地震中的峰值反应如自振周期、层间位移、层间剪力和加速度反应,某些减震率甚至超过90%。     

FPS摩擦摆与碟型弹簧组合隔震系统性能分析研究

根据多体动力学理论相对动能定理推求了FPS滑移式摩擦摆与碟型弹簧组成的三维复合隔震系统动力反应分析计算公式,考虑了竖向振动与水平向振动的耦合作用。分析与计算结果表明:隔震系统在水平向与竖向都具备必要的隔震特性.当滑道半径为1～2m、滑动摩擦系数为0.01左右时,水平向隔震效率可达85%左右,在竖向也能有效减小受压层间位移与防止出现受拉层间位移。滑道曲率对体系竖向振动的扰动很小,可不考虑水平向与竖向的耦合作用,各自单独计算。     

摩擦摆隔震支座在地震反应中的影响分析

本文以一座7层框架结构作为研究对象,运用有限元分析软件SAP2000,对摩擦摆基础隔震结构进行地震反应分析,输入地震波EI-Centro波,通过调整摩擦摆支座的摩擦系数,分析在不同的摩擦系数下结构的周期、基底位移、楼层加速度的影响变化,表明随着支座摩擦系数的增大,结构自振周期逐渐变小,楼层的滑动位移反应也呈减小的趋势,但楼层加速度反应会逐渐变大,为滑移隔震技术应用到实际工程提供了参考依据。     

摩擦摆隔震-悬挂复合结构体系的减震效果分析

为解决采空区范围内建筑沉陷变形和结构抗震差的问题，提出了摩擦摆隔震-悬挂复合结构体系。依据拉格朗日方程得出了体系的运动方程，并采用MATLAB语言编制了龙格-库塔法(Runge-Kutta)的求解程序。以一幢5层的摩擦摆-隔震悬挂复合结构体系为例探讨了其减震效果。结果表明：在计算摩擦摆隔震-悬挂复合结构体系的地震动力反应时必须考虑接触面滞滑效应的影响，滞滑效应会降低体系的减震效果；除顶层的鞭梢效应外，一般楼层层间位移减震效果可达70%~80%；楼层加速度减震效果显著，第4~5层的加速度减震效果均达到约90%，而且不受所输入地震波特性的影响；摩擦系数、楼层阻尼器阻尼系数对减震效果有明显的影响，而吊杆长度、滑道半径对减震效果的影响较小。     

摩擦摆支座的摩擦系数影响因素分析

摩擦摆式隔震支座(Friction Pendulum Bearing,简称FPB支座)利用其特有的圆弧面延长结构的振动周期,通过不锈钢板和聚四氟烯板之间摩擦耗散能量,因此摩擦系数对FPB支座性能的正常发挥有重要影响,而支座压应力、摩擦滑移速度、环境温度及摩擦面润滑剂的使用等都对聚四氟乙烯板-不锈钢接触面的摩擦系数有明显影响。本文对FPB支座摩擦副进行试验,主要考虑多组摩擦副的摩擦系数在不同压应力、不同滑移速度下,摩擦系数的变化规律,进一步通过理论分析推出支座摩擦系数的变化对摩擦摆支座隔震性能的影响。     

并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析

在建立并联复合隔震结构运动微分方程的基础上,通过数值模拟,计算并研究了不同加速度峰值下,给定摩擦承压比的多自由度并联复合隔震结构的自振周期、最大基底剪力、最大基底剪力系数、最大层间位移、层间速度、层间加速度等地震响应以及隔震层的滞回特性,并与普通抗震结构、夹层橡胶垫隔震结构、摩擦滑移结构进行了全面对比分析和讨论。结果表明:并联复合隔震结构由于充分利用了复合隔震支座的优点,能够显著降低结构的地震响应,并且具有优良的滞回耗能特性。     

双滑动面DFPS隔震系统效果分析

根据拉格朗日方程推导了结构设置双滑动面DFPS隔震系统的地震动力反应分析计算公式.分析与计算结果表明:结构基础设置DFPS具有明显的隔震效果,楼层位移沿结构高度分布趋于均匀,层间位移、速度及加速度明显减小.隔震效果与滑道半径、接触面摩擦系数有关,二者合理组合可以得到很好的隔震效果.当摩擦系数取0.05、滑道半径取3.5m时,隔震效果达70%左右.     

基于摩擦摆支座的城市高架桥梁隔震性能研究

为研究摩擦摆支座应用于城市连续梁桥隔震的可行性与适用性,以郑州市某联高架连续梁桥为例,开展了摩擦摆支座对城市高架桥的隔震性能研究;基于Midas Civil软件建立了桥梁的三维有限元分析模型,采用非线性时程分析法开展了不同隔震方案的桥梁动力特性和地震作用效应研究,进一步分析了桥梁最优隔震方案的摩擦摆支座设计参数对桥梁隔震效果的影响。研究结果表明:摩擦摆支座可以延长城市高架桥梁在地震作用下主要参振模态的自振周期;采用摩擦摆支座的隔震桥梁能明显降低固定墩的地震作用效应,可使各桥墩的内力和位移分布更为均匀;采用全桥隔震时,摩擦摆支座的隔震效果最佳,摩擦摆支座存在最优的动摩擦系数0. 04,且滑道半径取3m时综合效益最高。     

Effectiveness of sliding isolators with variable curvature in near‐fault ground motions

Recent studies have revealed that a sliding isolator with variable curvature (SIVC) can mitigate the resonance phenomenon likely to occur in seismic response of a conventional friction pendulum system (FPS) isolator due to its constant isolation frequency. The present study simulates four SIVC isolators and an FPS to find the optimum range of initial isolation period and coefficient of friction and employ them in comparing the effectiveness of SIVC in different peak ground acceleration (PGA) scales of near‐fault earthquakes. Velocity‐dependent coefficient of friction and modified viscoplasticity model have been used to simulate nonlinear friction force of the isolators. Results indicate identical performance of all SIVC isolators in PGA scales up to 0.4 g. When subjected to PGA scales from 0.4 g to 1.0 g, polynomial friction pendulum isolator (PFPI) and variable curvature friction pendulum system (VCFPS) reduce base displacement greatly, while conical friction pendulum isolator (CFPI) and variable frequency pendulum isolator (VFPI) show amplified responses. However, in mitigating structural acceleration, performance of CFPI and VFPI, unlike PFPI and VCFPS, which perform poorly, is excellent. Thus, in a strong near‐fault earthquake, PFPI and VCFPS or CFPI and VFPI can be chosen based on whether reduction of base displacement or super‐structural acceleration is the main concern of designer, respectively. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑移隔震结构的地震反应分析

本文提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型。基于此模型 ,利用高精度的精细时程积分法 ,计算滑移隔震结构的地震响应 ,绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱。通过对计算实例的分析发现 ,地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别     

Performance of variable curvature sliding isolators in base‐isolated benchmark building

The performances of variable curvature sliding isolators like variable frequency pendulum isolator (VFPI) and variable curvature friction pendulum system (VCFPS) installed in the base‐isolated benchmark building subjected to bi‐directionally acting seven strong earthquakes have been studied. The shear type base‐isolated benchmark building is modelled as three‐dimensional linear elastic structure having three degrees‐of‐freedom at each floor level. Time domain dynamic analysis of the building has been carried out with the help of constant average acceleration Newmark‐Beta method and non‐linear isolation forces has been taken care by fourth‐order Runge‐Kutta method. The force‐displacement responses of the VFPI and VCFPS are studied under parametric variations of their key characteristics for the comparative performance evaluation. The time history variations of response characteristics and peak response evaluation criteria are also investigated for overall comparison of their performances. The performance of VFPI and VCFPS are observed both in uniform and hybrid isolation systems. The force‐displacement responses of both VFPI and VCFPS subjected to strong near‐field earthquakes show excessively large isolator displacements at higher initial radii of curvature of sliding surface. The large isolator displacements of VFPI and VCFPS can be restrained efficiently by addition of viscous fluid dampers in comparison to the increase in coefficient of friction of isolators. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑移摩擦型隔震结构考虑竖向地震作用影响的分析

摩擦滑移型隔震支座具有较好的减震效果和经济性能,越来越多地应用于结构隔震.这种支座屈服力取决于滑动摩擦力,与摩擦系数和支座竖向压力有关.地震动是多维的,本文考虑双向地震动,分析了采用摩擦滑移型支座隔震的质量块、基础隔震结构和顶层隔震结构,在不同摩擦系数和地震烈度情况下竖向地震作用对结构水平地震反应的影响.计算表明,在大摩擦系数、高烈度情况下,竖向地震作用对基础隔震和设备隔震有一定影响,建议考虑竖向地震作用的影响;而在小摩擦系数时则可忽略.并且,适当的屈服后刚度可以减小竖向地震作用的影响.     

Finite element formulations and theoretical study for variable curvature friction pendulum system

The friction pendulum system (FPS), a type of base isolation technology, has been recognized as a very efficient tool for controlling the seismic response of a structure during an earthquake. However, previous studies have focused mainly on the seismic behavior of base-isolated structures far from active earthquake faults. In recent years, there have been significant studies on the efficiency of the base isolator when subjected to near-fault ground motions. It is suggested from these studies that the long-duration pulse of near-fault ground motions results in significant response of a base-isolated structure. In view of this, an advanced base isolator called the variable curvature friction pendulum system (VCFPS) is proposed in this study. The radius of the curvature of VCFPS is lengthened with an increase of the isolator displacement. Therefore, the fundamental period of the base-isolated structure can be shifted further away from the predominant period of near-fault ground motions. Finite element formulations for VCFPS have also been proposed in this study. The numerical results show that the base shear force and story drift of the superstructure during near-fault ground motion can be controlled within a desirable range with the installation of VCFPS. Therefore, the VCFPS can be adopted for upgrading the seismic resistance of the structures adjacent to an active fault.     

滑移隔震结构的动力特性及地震反应

提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型;利用Poincare映射法研究地面谐运动下滑移隔震结构的周期响应,并发现结构将表现为对称性破裂分叉、振幅跳跃、基底爬行等非线性特征;利用高精度的精细时程积分法,计算滑移隔震结构的地震响应,绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱;对计算实例的分析发现,地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别.     

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。     

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。     

基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。