预应力橡胶隔震支座力学性能试验研究

在对预应力橡胶隔震支座(PRB)进行水平和竖向单调静力加载试验基础上,研究了其竖向刚度和水平刚度等力学性能及变化规律,对适用于计算普通橡胶隔震支座(RB)的竖向刚度公式进行修正,同时提出PRB水平刚度的简化计算方法。此外,通过对PRB进行反复加载试验,研究了其水平滞回耗能性能。研究结果表明,PRB竖向刚度趋于常数,但其计算公式不能沿用适应于RB竖向刚度计算公式;PRB的水平刚度为变刚度,这有利于地震时的水平限位;与RB相比,PRB具有较好的耗能能力。     

带预应力厚层橡胶支座隔震结构竖向地震反应谱分析

根据预应力厚层橡胶支座(PRB)的工作机理,建立了带PRB隔震结构的竖向隔震分析模型并推导相应的运动微分方程,研究了带PRB隔震结构竖向地震反应谱的特点,并通过算例分析了PRB竖向隔震、限位效果。研究表明:PRB对结构有竖向隔震功能,拉索可以防止支座出现受拉现象。同时,确定了PRB设计中的最优刚度比β=1.46,使得PRB的竖向隔震限位效果达到最佳。     

串联型变刚度叠层橡胶隔震支座试验研究

叠层橡胶支座是隔震技术关键因素之一,研发了一种串联型变刚度叠层橡胶隔震支座。该串联型变刚度叠层橡胶隔震支座初始阶段提供较小水平刚度(小于串联型变刚度叠层橡胶隔震支座中较小直径支座的刚度)。当水平剪切变形达到设计目标时,通过限位装置提供第二刚度,使其出现较大变形时具有较大的大水平刚度。通过足尺支座试验,研究了该串联型变刚度支座的竖向性能、水平性能和滞回性能,并给出了该串联型变刚度支座的计算模型。     

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。     

基于Benchmark模型的低刚度隔震支座地震响应研究

建筑隔震设计中广泛使用的铅芯橡胶隔震支座(LRB)在近断层地震作用下,支座位移过大,在满足竖向承载力的同时难以兼顾支座的水平刚度和阻尼值,导致隔震体系的隔震效果不佳,甚至隔震支座可能发生损坏。针对这一问题,研发了一种新型的水平低刚度隔震支座,该支座在满足竖向承载力要求的同时,能将隔震层的水平刚度维持在较低的水准,同时保持较好阻尼性能。本文采用ETABS模拟隔震支座并建立隔震Benchmark模型,通过动力时程分析,对比了传统橡胶隔震方案和水平低刚度隔震方案中结构的最大层间剪力、最大层间位移角和能量耗散等结构响应。结果表明,近断层地震作用下,水平低刚度隔震方案比传统橡胶隔震方案的隔震效果更佳。     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

铅芯橡胶隔震支座水平刚度影响因素数值分析

通过有限元分析软件ANSYS对铅芯橡胶隔震支座力学性能分析,研究了铅芯橡胶隔震支座水平等效刚度(水平刚度)的主要影响因素.采用四分之一的铅芯橡胶支座模型进行模拟分析,大大缩短了有限元软件运行的时间,并获得较好的结果.在此基础上,总结了水平剪应变,以及在不同剪应变下竖向压应力、第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径对水平刚度的影响.分析结果表明,水平刚度随水平位移的增加而减小,随第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径的增加而增加;而竖向压应力则对水平刚度几乎无影响;并且当水平剪应变较小时,水平刚度受其影响因素的影响较大,即当隔震结构遭受小震时,隔震层的水平刚度受地震作用的影响较大.     

组合式三维隔震支座力学性能试验研究

提出并设计了一种新型组合式三维隔震支座(3DIB),该支座由铅芯橡胶支座(LRB)和组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB)组合而成,并进行了性能试验。性能试验结果表明,3DIB具有与LRB类似的水平特性、与DSB近似的竖向特性。3DIB具有可变的水平刚度与竖向刚度,水平等效阻尼比与竖向等效阻尼比均达到20%左右,并且具有较高的承载力,可以用于建筑结构的三维隔震。     

某隔震展馆水平限位设计与抗震性能研究

限位装置能够降低隔震结构大震下倾覆概率。研究结合某4层框架展馆,进行水平隔震与限位设计;选取适用于隔震展馆的限位装置参数限位间距(D)、限位刚度(K),建立限位-隔震结构分析模型,结合顶层加速度峰值、层加速度、层位移、层剪力峰值等指标展开抗震性能分析。结果表明,限位隔震结构与传统结构相比能降低上部加速度、层剪力响应,限位隔震结构层剪力峰值较隔震结构有放大现象,限位装置工作性能良好。     

串联式压缩型橡胶隔振器的力学性能及设计建议

串联式压缩型橡胶隔振器是一种新型橡胶隔振器,由橡胶与钢板分层叠合而成,具有较高的竖向承载力和竖向刚度,较低的水平刚度,适用于以水平振动为主的重型机器的隔振,得到广泛应用,但其动力力学参数的计算,目前尚没有明确的算式。结合现有的相关研究成果,提出其动力力学参数的计算确定方法,并对此类隔振器的设计提出了建议。     

SBS改性沥青隔震支座性能及其应用研究

提出利用SBS改性沥青隔震支座作为村镇民居建筑的隔震装置。通过实验研究了SBS改性沥青隔震支座的竖向性能和水平性能,结果表明该隔震支座具备一定的竖向承载能力且水平滞回曲线饱满,与铅心橡胶隔震支座类似。根据实验获得的性能参数,选择合理的数值模型,采用有限元软件分析了装有SBS隔震支座的一栋三层民居建筑的隔震效果。结果表明虽然在多遇地震条件下SBS改性沥青隔震支座对村镇民居建筑的隔震效果并不明显,但在罕遇地震作用下的隔震功效显著。说明SBS改性沥青隔震支座是一种造价低廉,施工方便,在村镇民居建筑中有应用潜力的隔震装置。     

某大跨网架结构屋盖隔震整体分析

本文在分析大跨空间网架自身结构特性的基础上,提出采用柱顶隔震方法作为该类结构的减震措施。研究了橡胶支座与滑移支座两类隔震装置用于网架结构柱顶隔震的工作机理,进而以某大跨网架结构为例,对具有不同自振周期的网架结构采用不同隔震装置在不同地震波下隔震效果进行了对比。结果表明:两类隔震支座在网架柱顶隔震中均有较好的隔震效果,相对橡胶支座而言,滑移隔震支座受结构动力特性与地震波输入的影响较小。     

Nonlinear dynamically automated excursions for rubber-steel bearing isolation in multi-storey construction

Conventional building design includes the concept of providing more stiff structural solution to withstand the lateral seismic loading. Introduction of flexible elements at the base of a structure and at the same time ensuring enough damping is the evocative alternate option to mitigate seismic hazard. The device that is capable to meet such criteria is known as isolator. This paper covers design of base isolators for multi-storey buildings in medium risk seismicity region and the structural response evaluation. Automated nonlinear models for dynamic response investigation have been configured. Finite element method (FEM) has been incorporated to envisage the structural response behaviors. Lead rubber bearing (LRB) and high damping rubber bearing (HDRB) have been chosen for inserting isolator link element in structural base. The nonlinearities of rubber-steel bearing have been duly considered. Linear static, linear dynamic and nonlinear dynamic analyses due to site-specific earthquake accelerogram are performed for both fixed based (FB) and base isolated (BI) buildings. Both time domain and frequency domain approaches have been carried out for dynamic solution. It was found that for multi-storey buildings, base isolation diminishes muscular amount of structural responses compared to the conventional fixed base (non-isolated) structures. Allowable higher horizontal displacement induces structural flexibility. The suggested isolation technique is competent to mitigate the structural hazard even under strong seismic vulnerability in optimum manner.     

隔震橡胶支座拉压刚度在软件模拟单元的研究

隔震橡胶支座受拉是隔震结构的隔震层设计的非常重要的控制参数,本文通过etabs2013分析软件中Isolator1单元和Gap单元并联来模拟隔震橡胶支座,更真实反映隔震橡胶支座的竖向力学性能。本研究通过某一实际工程模型运算,根据支座拉压刚度分配Isolator1单元刚度和Gap单元刚度,分析数据显示新模型的隔震结构Isolator1单元拉应力明显减小,而其他水平性能指标不变。结果表明,该工程并联连接单元验算方法可以应用到隔震结构时程分析中。为实际工程分析提供了一定价值的参考。     

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.     

低造价工程塑料板叠层橡胶隔震支座极限性能研究

采用短切纤维增强工程塑料板作为隔震支座的增强材料，制成低造价隔震支座。与传统隔震支座不同，选用的增强材料强度较低时，低造价隔震支座的极限性能由增强材料的强度控制，破坏形态主要体现为板材的断裂。为了研究该支座特有的破坏形态，进行了轴压和压剪状态的极限性能试验，结合ABAQUS有限元分析，研究不同受力状态下的破坏机理。结果表明:支座轴压的破坏形态为支座中部工程塑料板的断裂，在板材中部产生竖向裂缝，为加劲层拉应力引起的拉断；支座压剪状态下的破坏形态为封板及内部工程塑料板断裂，裂缝在截面上为X形分布，为剪切变形时“翘曲”作用引起的弯曲破坏。利用有限元分析对该支座进行参数优化，建立了不同橡胶层厚度、板厚度及板刚度的3种对比模型，结果表明，减小单层橡胶层厚度、增加板厚度有利于提高支座的极限性能，而提高板刚度则不利。同时，给出了支座性能最优的设计建议。     

高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及隔震效果分析研究

本文对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了实验研究。通过正弦波实验研究其力学性能,实验结果表明新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率对其等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大。然而加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座对其等效水平刚度与等效阻尼系数均有较大的影响。同时通过数值分析精确的定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果。     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。     

模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明：相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。