三维隔震系统振动台实验研究

针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,提出并研制了采用碟形弹簧的竖向半主动隔震装置。竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外接蓄油箱内油体间的油路,可实现竖向半主动隔震控制,提出了竖向隔震控制的半主动策略,结合水平隔震支座可实现三维隔震。通过振动台地震模拟实验,验证了三维隔震体系的效能,该研究对高烈度地区隔震技术的改善具有应用参考价值。     

新型三维隔震墩隔震单元参数设计研究

竖向地震作用对结构的影响不容忽视,如何有效的同时减小竖向与横向地震作用具有现实意义,三维隔震墩能够同时隔离水平及竖向地震作用,但其设计理论并不完善,如何确定合适的弹簧参数从而达到理想的水平与竖向隔震效果并不明确。本文推导了螺旋弹簧竖向刚度及考虑轴向荷载和水平荷载时弹簧的水平刚度公式,基于弹簧力学特性提出了隔震单元参数设计方法以及各参数取值范围。研究表明:弹簧自由长度与中径之比在[1.6 2.61]之间时弹簧不会发生失稳现象且弹簧水平刚度随竖向位移增大而减小;弹簧中径及自由高度越大、材料直径在满足强度的情况下隔震效果越好。本文对1栋8度设防的隔震结构进行隔震单元设计并进行时程分析,结果表明:竖向减震系数为0.6,水平减震系数小于0.4,隔震效果显著。     

一种新型三维隔震支座的试验研究

通过研究三维隔震支座与二维隔震支座力学性能的相关关系,对传统的蝶形弹簧改进,并将改进后的新型蝶形弹簧通过对合叠合的方式组成蝶形弹簧竖向隔震支座,与普通橡胶支座通过串联的方式组合成一个新型的三维隔震支座。对二维天然隔震橡胶支座(LNR)、碟形弹簧竖向隔震支座、三维隔震支座分别进行了水平方向和竖向力学性能试验,分析了独立状态下的二维隔震支座与三维隔震支座相互之间力学性能的关系,并对其规律进行了归纳和总结。试验结果表明:竖向弹簧片支座的竖向刚度随压应力的增加呈线性变化;在低频率情况下频率对其竖向刚度影响不大;三维隔震支座的水平刚度相对于独立状态下的LNR会略有降低;LNR对三维隔震支座的整体竖向刚度的影响不大。     

中国古代大木作结构斗栱竖向承载力的试验研究

为探讨中国古代大木作结构斗栱在竖向地震作用下隔震、减震机理以及相应的竖向极限承载能力，对三个缩尺比为l／3．52的二等材计心造两跳五铺作斗栱进行了竖向荷载作用下的试验研究，得出了相应的P-△曲线。结果表明，在竖向荷载作用下：(1)斗栱结构特性可视为变刚度线弹性变化，可用单自由度的质量-弹簧-阻尼器模型来说明；(2)斗拱的破坏始于华栱中部的塑性变形和劈裂；(3)在地震动过程中，其运动的竖向传递率大约为0．019，说明斗栱在减小结构地震响应方面发挥了重要作用；(4)在正常使用阶段，斗拱的内力与变形不超过其极限承载力的l／7左右，强度裕度很大。这保证了很多中国古代木结构能够抵御许多强烈地震作用并且矗立千年而不倒。     

构造与设计参数对消能楼梯间减震性能的影响分析

为研究不同楼梯支座构造及阻尼填充墙厚度、阻尼填充墙砌体抗压强度、阻尼层剪切强度、减震支座剪切模量等设计参数对消能楼梯间减震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对4种不同楼梯支座构造、15个不同设计参数共19个消能楼梯间分析模型进行数值仿真分析。结果表明:不同楼梯支座构造中,设置减震支座可提供一定的水平、竖向刚度,改善楼梯间的屈服情况,减小梯板的竖向翘起位移,有利于地震中保持楼梯的稳定性;不同减震支座设置方案均可实现以减震支座的剪切变形消除梯板支撑效应、发挥良好耗能效果的减震目标;消能楼梯间构造简单、性能稳定,常用设计参数下均表现出良好的减震性能;阻尼填充墙厚度的增加,一定程度上增大消能楼梯间的刚度、水平承载能力;阻尼填充墙砌体抗压强度的变化对楼梯间减震性能影响较小;阻尼层剪切强度的增大将减小楼梯间的屈服位移,增大阻尼填充墙的压应力,建议采用剪切强度低的阻尼层材料;减震支座的剪切模量越大,梯板竖向翘起位移越小,减震支座剪切模量宜取0.5 MPa以上。     

高烈度艰险山区跨断层隧道减震层减震技术研究

为进一步提高高烈度艰险山区跨断层隧道的减震性能,依托丽香铁路蒙古哨隧道工程,利用有限差分数值软件FLAC~(3D)对跨断层隧道施设减震层不同模式的减震效果进行研究。研究结果表明:减震层施设于初支与围岩间,其横向位移减小4.17%、竖向位移减小14.32%、最大主应力减小47.89%、最小主应力减小25.93%、最大剪切应力减小27.74%、最小安全系数提高34.62%～59.40%;减震层施设于初支与二衬间,其横向位移减小3.72%、竖向位移减小7.73%、最大主应力减小16.11%、最小主应力减小20.21%、最大剪切应力减小20.73%、最小安全系数提高0.04%～28.38%;减震层施设于初支与围岩间的减震效果优于施设于初支与二衬间。研究成果对于跨断层隧道的减震设计及减震技术有着重要的意义。     

多层建筑结构水平剪扭-竖向地震反应的智能复合隔震控制

本文在提出了“碟形弹簧-橡胶隔震垫”和MR阻尼器组合而成的智能复合隔震系统的基础上，建立了智能复合隔震系统对多层建筑结构“水平剪扭-竖向”地震反应控制的设计计算方法。提出了智能复合隔震系统对建筑结构水平地震反应的模糊半主动控制策略和对建筑结构竖向地震反应的被动控制方法。以一个五层框架结构为例进行了仿真分析。分析结果表明，本文提出的智能复合隔震系统是一种十分简单和有效的隔震系统。它可克服建筑结构常规隔震系统的两个主要缺点，有效地抑制多层建筑结构的多维地震反应。     

碟形弹簧自复位梁柱钢节点受力性能分析

针对自复位节点钢绞线预应力损失的问题,提出了一种新型碟形弹簧自复位梁柱钢节点。介绍了该节点的构造,对该节点的力学性能进行了理论分析。采用ABAQUS建立了碟形弹簧自复位梁柱钢节点的有限元模型,根据理论分析的计算结果验证了有限元分析的准确性。分析了弹簧预压力、摩擦系数、弹簧刚度和腹板摩擦装置的螺栓预紧力对该节点受力性能的影响。结果表明:碟形弹簧自复位梁柱钢节点在低周循环荷载作用下的滞回曲线为旗帜形,具有较好的复位能力和耗能能力。弹簧预压力、摩擦系数和腹板摩擦装置的螺栓预紧力对节点开口弯矩、耗能能力和复位能力的影响较大;弹簧刚度对自复位节点开口后刚度、耗能能力和残余变形的影响较大。     

弹簧摆的内共振原理及其对输电塔的减震作用

输电塔是重要的生命线工程,其在地震灾害下的正常运行对于经济安全和社会稳定具有重大意义。针对输电塔结构,提出利用弹簧摆的内共振特性实现非线性能量阱以减小地震响应。其基本原理是将原悬挂质量摆的的摆线改为弹簧,通过设计弹簧刚度使弹簧摆的振动和摆动模态相耦合,进而提高吸振能力。基于拉格朗日方程推导了弹簧摆的运动方程,验证了引发内共振的条件。以某输电塔为工程背景,输入多条实际地震动验证弹簧摆的控制效果。对比传统悬挂质量摆发现,弹簧摆吸振能力更强,减震效果更佳。通过改变地震输入幅值,讨论了地震强度对减震效果的影响。     

球面网壳结构的分段式多维隔震控制

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高网壳结构的抗震性能,可采用支座型隔震装置形成分段式多维隔震机制。在这类多维隔震体系中,碟形弹簧支座可用于结构的竖向隔震,同时,可将其与适用于水平隔震的摩擦摆(FPS)或SMA-橡胶支座配合使用。基于上述概念设计,提出了水平和竖向隔震装置的构造和计算模型。进而,根据网壳结构多维隔震的动力方程,开展了El Centro波作用下双层球面网壳和单层球面网壳结构多维隔震控制的数值模拟。计算结果表明,多维隔震球面网壳结构的杆件内力、加速度和位移的减振效果能达到50%以上,验证了所提多维隔震技术对保护球面网壳结构免遭地震破坏的有效性。     

Three-dimensional seismic isolation bearing and its application in long span hangars

Based on the seismic response characteristics of space frame structures,a new type of seismic isolation bearing defined as a three-dimensional seismic isolation bearing(3DSIB) is developed in this paper.The bearing offers excellent properties such as multi-dimensional seismic isolation,reasonable rotation capability,good ability to resist lifting load,uncoupled stiffness in horizontal and vertical directions,etc.In the 3DSIB,the horizontal dimension is designed by combining the Teflon sliding device and helical spring,while the vertical dimension is developed by introducing disk springs or helical springs.The mathematical model of the 3DSIB was established and its performance with the critical parameters was tested on a shaking table.Furthermore,the 3DSIB was applied in a 120 m span hangar structure and simulated using SAP2000 software to evaluate its performance in practical structures.The performance of the structures with and without 3DSIB was compared.It is shown that the hangar structure with 3D bearings achieves a better performance.The axial force and acceleration response of the structures with 3DSIB are effectively reduced,while the displacement response of the bearing is within the predetermined range.     

复合隔震支座在网格屋盖结构中的应用研究

将铅芯橡胶隔震垫与碟簧组合形成复合隔震垫,并应用于网格屋盖结构,利用串联弹簧模型预估铅芯橡胶隔震垫参数,利用单质点弹簧模型预估碟簧参数,结合实际工程,进行了模态分析、水平地震动时程分析及竖向地震动时程分析,表明复合隔震技术降低屋盖、下部结构加速度反应60%左右,降低由于地震引起的基顶反力约30%,但水平地震下隔震屋盖的侧移增大显著,应引起注意;文中提出的隔震垫参数预估模型得到了地震动时程分析的验证,可为工程参考。     

橡胶砂芯组合砌块动力特性及隔震效应数值分析

在混凝土空心砌块的空腔中填入橡胶砂形成的组合砌块（RSMCB）可作为简易隔震层应用于村镇建筑防震减灾。建立RSMCB的三维数值分析模型,进行循环剪切试验以及隔震分析,研究不同橡胶砂配比、竖向压应力、盖板尺寸和盖板埋深对隔震砌块动刚度和阻尼比的影响,分析不同的上部配重、输入地震波、橡胶砂配比、盖板尺寸和铺设方式对RSMCB垫层隔震效果的影响。结果表明:（1）橡胶砂芯组合砌块应变软化现象明显。（2）RSMCB的水平动刚度随橡胶砂配比增大而减小,随盖板埋深、盖板尺寸以及竖向压应力的增大而增大。（3）阻尼比随橡胶砂配比、竖向压应力、盖板尺寸和埋深的增大而减小,橡胶砂芯组合砌块隔震消能效果显著。在隔震数值模拟中,输入加速度在经过橡胶砂芯组合砌块垫层过滤后均有不同程度的降低,且被过滤掉大部分高频波。隔震效应随着盖板尺寸的增大而减小,上部结构配重越大,隔震效应越明显,橡胶砂配比为30%时RSMCB垫层隔震效应更好。橡胶砂芯组合砌块符合在村镇欠发达地区低成本隔震的要求,表现出广阔的应用前景。     

Optimum Design of Resilient Sliding Isolation System for Seismic Protection of Equipments

Seismic isolation is one of the effective methods to protect equipments. It helps to keep seismic response accelerations in equipment below its allowable limits. Among different types of isolation systems, the combination of restoring spring and slider, also called as resilient sliding isolation (RSI) system, is the one which has been effectively used for protection of equipment. Principal design parameters for this type of isolation system are period of system (stiffness of spring) and friction coefficient of slider. There may be number of combinations of these design parameters which can enable the isolated equipment to remain functional during and after the predicted seismic event. The optimum design of RSI system can be considered as the one which maintains the response acceleration in the equipment below its allowable limit and at the same time keeps the relative displacement between floor and the equipment to the minimum. This study deals with optimum design of resilient sliding system. First the RSI system is modeled analytically by (i) precise and (ii) simplified SDOF models. The accuracy of the model is then validated by shaking table tests. The validated simplified SDOF model is then used to determine optimum design parameters for different levels of allowable accelerations. Results show that the optimum period decreases and the optimum friction coefficient increases with higher allowable acceleration.     

汽机弹簧隔振基础地震反应及弹簧变形分析

采用SeismoStruct软件建立有限元模型对某汽轮发电机组弹簧隔振基础进行时程分析,研究弹簧隔振基础的频率振型和地震响应、层间变形、弹簧变形等特性。研究表明,弹簧隔振基础的自振频率较低,竖向自振频率远离机组工作扰频;弹簧隔振装置能够在地震作用时减小台板加速度反应,并根据刚度重新分配水平地震作用,充分发挥立柱的抗震能力。结果表明基础设计符合《建筑抗震设计规范》标准,达到了弹簧隔振抗震的目标,基础设计合理、安全可靠。SeismoStrcut作为有限元分析软件,对汽机基础的模拟能够达到工程需要。     

昆明长水国际机场航站楼隔震橡胶支座更换技术

本文介绍了昆明长水国际机场航站楼1m直径隔震橡胶支座的更换技术。针对机场航站楼隔震承台轴力不同,隔震橡胶支座自重大,人工无法移动,且隔震层上下承台之间距离小等实际情况,定制了特殊的柴油机械传动叉车和液压千斤顶。更换支座的上承台顶升与周边上承台的顶升采用异步顶升方法。本文介绍了异步顶升方法千斤顶的布置和上承台顶升位移限值的确定方法。通过现场测量上法兰板螺栓孔在下法兰板投影的位置,按照投影位置加工上法兰板螺栓孔的方法,解决了由于隔震支座发生水平剪切变形使上下法兰板孔竖向不对齐的问题。通过两个措施大大减小了上承台顶升高度:（1）提前施加压力,减小了新支座的高度;（2）把旧隔震支座上下法兰板连接起来,阻止了支座竖向压缩变形的恢复。该技术成功应用于昆明长水国际机场42个侧鼓变形隔震橡胶支座的更换。该技术简单、经济、可行,可为其他工程隔震橡胶支座更换提供借鉴,为相关规范标准的制定提供参考。     

摩擦-碟簧三维复合隔震支座的性能试验研究

对适用于大跨结构的摩擦-碟簧三维复合隔震支座进行了振动台试验研究,该支座在水平向和竖向分别采用摩擦滑移装置和碟型弹簧隔震。在水平向,试验重点测试了简谐激励和地震动激励下支座的滞回性能,考察了竖向荷载变化及地震动强度对隔震性能的影响,以期为建立水平隔震理论模型提供依据;在竖向,对碟型弹簧的等效阻尼比和等效刚度进行了测试,研究了竖向预压荷载和动力荷载对竖向滞回性能的影响。结果表明,复合隔震支座在水平向和竖向均具有较好的滞回性能,竖向等效阻尼比在0.10～0.15间,且随着预压荷载的增加而增大。     

Spring tube braces for seismic isolation of buildings

A new low-cost seismic isolation system based on spring tube bracings has been proposed and studied at the Structural and Earthquake Engineering Laboratory of Istanbul Technical University. Multiple compression-type springs are positioned in a special cylindrical tube to obtain a symmetrical response in tension and compression-type axial loading. An isolation floor, which consists of pin-ended steel columns and spring tube bracings, is constructed at the foundation level or any intermediate level of the building. An experimental campaign with three stages was completed to evaluate the capability of the system. First, the behavior of the spring tubes subjected to axial displacement reversals with varying frequencies was determined. In the second phase, the isolation floor was assessed in the quasi-static tests. Finally, a ¼ scaled 3D steel frame was tested on the shake table using actual acceleration records. The transmitted acceleration to the floor levels is greatly diminished because of the isolation story, which effects longer period and higher damping. There are no stability and self-centering problems in the isolation floor.     

钢筋-沥青隔震层非线性震动特性研究

为了研究钢筋-沥青隔震层的材料与几何非线性震动特性,对钢筋-沥青隔震结构进行了振动台试验,分析了结构在不同加速度幅值输入时的隔震性能。同时,在钢材的应力-应变关系基础上,考虑构件竖向力的二次矩效应,提出了钢筋-沥青隔震层骨架曲线的计算方法,并结合双线型恢复力模型的滞回规则,建立了相应的恢复力模型。利用建立的恢复力模型,编制程序进行了弹塑性时程分析,并与试验结果作对比。结果表明:当钢筋-沥青隔震层的受力钢筋进入弹塑性阶段时,隔震层能够吸收大部分地震能量,显著降低上部结构的地震反应;弹塑性时程分析结果与试验结果吻合较好,由此建立的恢复力模型准确并且适用,可为钢筋-沥青隔震层的工程设计与非线性地震反应分析提供参考。