斜向旋转型三维隔震装置的力学模型和试验研究

针对斜向旋转型三维隔震装置的变形及力学性能特点,介绍了该三维隔震装置的组成部件、变形机理和力学性能设计方法,建立其水平平动刚度模型、竖向力-位移滞回模型,确定了三维隔震装置的水平平动刚度、竖向压缩刚度和水平扭转刚度理论公式。采用300型三维隔震支座进行了竖向加载力学性能试验,拟静力试验结果表明,该三维隔震装置竖向变形形式符合理论机理,滞回性能和承载能力稳定,将三维隔震装置加载、卸载竖向刚度及等效黏滞阻尼比的理论计算值和试验实测值进行对比分析,结果吻合较好。通过对三维隔震装置进行有限元模拟分析,验证了理论分析和静力试验所得出的水平和竖向滞回模型的正确性。     

斜向三维隔震支座的非线性力学性能试验及数值模拟研究

该文针对三维隔震结构较高竖向承载力和减震效果的需求,基于铅芯橡胶支座提出了斜向三维隔震支座,并基于铅芯橡胶支座的非线性力学本构模型,建立了考虑压缩应力及刚度衰减影响的三维隔震支座非线性竖向刚度计算模型。进行了倾斜角度分别为12°和15°的三维隔震支座模型力学性能试验,试验结果得到了该三维隔震支座滞回模型呈现出加载和卸载非平行特征,竖向刚度呈现非线性变化,以及角度和竖向位移对力学性能的影响规律。进一步对理论与试验结果进行对比分析,三维隔震支座的试验结果与理论计算值吻合。最后利用通用有限元软件建立不同倾斜角度的三维隔震支座数值分析模型,基于计算理论、静力试验及数值仿真结果分析了摩擦系数、剪应变、倾斜角度对三维隔震支座非线性竖向刚度的影响。     

倾斜旋转型三维隔震装置的力学模型和竖向性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震支座的变形及耗能力学性能特点,设计开发出一种新型的倾斜旋转型三维隔震装置,给出了三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法,提出了三维隔震装置的变形机理,推导了三维隔震装置的刚度和阻尼的理论计算公式。设计了倾斜旋转型三维支座的模型支座系统,并完成了竖向压缩力学性能试验。试验结果表明该倾斜旋转型三维隔震装置构造合理、传力机制明确,在竖向变形状态下具有良好的阻尼耗能性能;试验得到的支座刚度和理论计算刚度一致性较好。     

自保护隔震支座力学性能试验研究

为解决传统隔震支座不具备自保护能力的问题,研发了一种自保护隔震支座,并对其工作机理进行了阐述。据该隔震支座在不同侧向荷载作用下的工作特点可将其分为两个工作阶段。根据隔震支座的自保护能力要求对支座滑移材料进行了摩擦性能测试及择优分析,并对本次设计的自保护隔震支座及传统隔震支座进行了力学性能试验,结果表明:自保护隔震支座比传统隔震支座的竖向刚度最大降低幅值为21.91%,但仍具有足够的竖向刚度承受上部荷载,且这种差异随着竖向面压的增大而逐渐减小;支座在第一工作阶段的水平剪切变形加载下未滑动,发挥与传统隔震支座相同的功效,其滞回特性表现为典型的双线性特点;在第二工作阶段的水平剪切变形加载下支座开始滑动并摩擦耗能,其滞回曲线呈现为三线型特征,虽然有一定的捏拢,但滞回曲线的包络面积仍比传统隔震支座增加约86%;自保护隔震支座在第一工作阶段随加载速率的增加,屈服力和屈服后刚度均有增加,对应包络曲线的面积也呈增大趋势,整体的滞回曲线仍和传统铅芯橡胶支座相似,呈现出典型的双线性特性;在"第二工作阶段"启动后随着加载速率的变大,自保护隔震支座在复位段的捏拢现象逐渐减轻且支座在滑移状态下的性能逐渐趋于稳定。通过对试验曲线进行参数识别发现自保护隔震支座的恢复力模型可以采用呈捏拢效应的Bonc-Wen模型进行模拟,且拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

桥梁高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

高阻尼隔震橡胶支座是一种具有耗能性能的新型隔震支座,已经开始应用于桥梁减隔震控制中。为了研究这种新型隔震支座的滞回性能,选取用于某高速公路桥梁的高阻尼隔震支座进行竖向压缩和水平剪切加载试验研究,研究其竖向压应力、水平极限剪切应变、加载频率及加载次数对滞回性能的影响。研究结果表明:高阻尼隔震橡胶支座的滞回曲线较为饱满,耗能效果较好,且多次循环加载后其耗能能力未出现降低的趋势;加载频率对于支座的等效刚度和等效阻尼有一定的影响。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析EI北大核心CSCD

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座(lead rubber bearing,LRB)隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

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。     

具有复阻尼特征板式变摩擦阻尼器滞回性能研究

为使减震装置具有复阻尼特征,提出一种板式变摩擦阻尼器。基于静力平衡条件推导了根据阻尼器几何、物理参数确定其滞回模型的理论公式,采用非线性有限元对阻尼器在静力往复作用下的滞回曲线进行了模拟,通过低周往复试验进行了阻尼器滞回性能试验研究,基于上述方法对影响滞回性能的关键参数进行了研究。研究结果:该阻尼器的滞回曲线为位于一、三象限、关于原点对称的三角形,理论公式和数值模拟得到的滞回曲线与试验数据吻合得较好,影响阻尼器滞回性能的关键因素是弹簧刚度、2个摩擦因素和1个角度。结果表明该阻尼器的滞回曲线具有明显的复阻尼特征,滞回模型的理论公式和数值模拟结果可用于指导此类阻尼器的设计。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

地震作用下挡土墙的滑动稳定性分析

针对现有挡土墙抗震设计理论存在的不足,采用拟动力法推导并给出了地震作用下挡土墙抗滑稳定安全系数的计算表达式。推导过程中考虑了地震荷载的时间效应和相位差效应,并分析了墙背倾斜角、墙土摩擦角、填土内摩擦角、水平向和竖向地震加速度系数对抗滑稳定性的影响。参数分析结果表明:挡土墙抗滑稳定性随墙背倾斜角、墙土摩擦角及填土内摩擦角的增大而增大,随水平向地震加速度的增大而减小。拟动力法计算得到的抗滑稳定安全系数小于原有设计理论的计算值。     

锥形非固结隔震结构理论与试验研究(II)-支座参数分析

为了研究锥形非固结隔震支座的水平力学性能及滞回特性,设计并加工了坡度角为30°、45°及60°的锥形非固结隔震支座,对9个不同参数的支座进行水平力学性能试验研究,对坡度角、阻尼材料类型、阻尼材料厚度、加载振幅、加载频率、竖向荷载及高应力等与支座的水平力学性能的相关性进行研究,得出若干对非固结隔震结构设计有价值的结论。     

锥形非固结隔震支座理论模型参数试验研究及其结构地震响应分析

提出了一种适用于低层及多层房屋抗震的锥形非固结隔震支座,建立了该支座在水平剪切、滑动和斜面压剪阶段的力学模型,对10组不同设计参数的支座试件进行了参数试验研究,包括坡度角、橡胶层厚度、加载位移及竖向压应力与支座水平力学性能的相关性,试验结果表明所提出的理论模型与试验结果吻合较好,得到了支座设计参数与耗能影响规律。并进一步给出了锥形非固结隔震结构的高宽比在不同场地的限值,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地的高宽比限值分别为2.3、1.7、1.3和0.5。通过有限元软件探讨其在地震作用下的响应规律,结果表明在不同力学参数下锥形非固结结构的抗震能力均较显著。     

Mode II stress intensity factors for central slant cracks with frictional surfaces in uniaxially compressed plates

The effect of crack surface friction on mode II stress intensity factor (SIF) of a central slant crack in a plate uniformly loaded in uniaxial compression is quantified. A previously developed two-dimensional finite element analysis was utilised after its modification to accommodate the friction between the crack surfaces. The plane strain state was assumed. A new numerical technique was devised to avoid the iteration procedures, which had to be employed due to the existence of frictional forces.

The crack inclination angle varied between zero and 75° measured from the horizontal direction. The coefficient of friction of the crack surfaces changed from zero to 1. In case of relatively sliding crack surfaces, mode II SIF existed. As is well known, the resulting mode II SIF decreased with increasing the coefficient of friction of the crack surfaces. Further, mode II SIF increased with increasing crack line inclination angle and then decreased after reaching a maximum value. The angle corresponding to that maximum SIF increased as the coefficient of friction of the crack surfaces increased.     

O-Stable Panel装配整体式墙板抗震性能试验研究

O-Stable Panel是一种新型装配整体式墙板,该文设计制作了三个不同底部连接方式的装配整体式O-Stable Panel试件和一个全现浇O-Stable Panel试件,通过低周反复加载试验评价该类墙板的承载力、延性、滞回耗能等指标,研究不同连接方式下的O-Stable Panel墙板与全现浇墙板在抗震性能上的差异。试验模型为结构原型的1:2缩尺,墙体配筋依据等效全现浇结构的配筋。研究结果表明:装配式O-Stable Panel墙在往复荷载作用下最终都呈现为墙板竖向拼接处和墙板变截面处的贯通墙板裂缝;O-Stable Panel滞回曲线呈对称、稳定、没有明显捏拢收缩特点;采用灌浆套筒的竖向连接,随着控制位移增大,墙体抗震指标呈现急剧退化。采用预制墙片钢筋伸入底座的竖向连接,墙体等效粘滞阻尼系数均高于全现浇试件O-I-1型,滞回耗能性能与全现浇试件相近。     

芯轴式摩擦支撑滞回能量耗散模型及热效应影响参数研究EI北大核心CSCD

针对所提出的芯轴式摩擦支撑的构造特点,建立了滑动摩擦动热转换的滞回能量耗散模型,研究了摩擦生热对芯轴式摩擦支撑性能的影响,分析了初始摩擦力、摩擦片厚度、摩擦芯轴比热容和摩擦系数等因素对芯轴式摩擦支撑的力学性能和温度场的影响规律,给出了摩擦支撑在摩擦生热影响下的摩擦力增长值理论计算公式,并通过数值分析结果进行了验证。分析结果表明芯轴式摩擦支撑在摩擦过程中温度不断上升,高温区主要集中在摩擦芯轴和摩擦片的摩擦接触面上,并且随着摩擦片厚度、初始摩擦力和摩擦系数的增加,摩擦热效应越明显,随着材料比热容的增加,摩擦热效应下降。     

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。     

钢丝绳减振器垂向不对称迟滞特性分析

为了分析结构形式对钢丝绳减振器垂向迟滞特性的影响,建立了无干摩擦作用的简化结构模型,并进行结构力学计算。采用无量纲化方法实现了理论计算曲线与试验曲线的比较。结果表明,垂向迟滞特性的非线性弹性恢复力源于横置螺旋结构的几何大变形,它导致垂向迟滞曲线随变形发生不对称变化。最后,针对不对称迟滞模型,分析迟滞特性的结构调制过程,具体包括各调制项与结构载荷特性的关系,以及各调制项的功能作用。