复摩擦摆支座应用于楼面隔震研究

对复摩擦摆支座在楼面隔震中的应用进行了研究.在长期使用过程中,隔震楼板的上部质量可能发生较大变化,考虑到摩擦摆支座自身隔震周期与上部质量无关的特性以及复摩擦摆支座相较于单曲面摩擦摆支座更好的隔震效益,因此推荐复摩擦摆支座用作楼面隔震支座.为控制隔震楼板相对结构楼面的位移,可通过提高复摩擦摆支座的摩擦系数或附加粘滞阻尼器而实现.以一工程实例为背景,对比研究粘滞阻尼器+低摩擦系数复摆支座方案与高摩擦系数复摆支座的隔震效果,发现前一方案 可以保证不同加速度水平作用下隔震楼面的隔震效果,是一种较好的隔震配置组合.     

某摩擦摆隔震框架结构地震反应分析

介绍摩擦摆隔震支座的基本原理,采用可考虑动轴力和双方向耦合的FP模型建立摩擦摆隔震框架结构,分别用ETABS、SAP2000和MIDAS三个软件对摩擦摆隔震框架结构及其对应的非隔震框架结构进行模态分析、反应谱分析以及动力时程分析。结果表明:安装摩擦摆隔震支座能有效地控制位移、加速度和基底剪力等地震反应,削减构件内力;相比于多遇地震,罕遇地震下支座耗能性能得到更充分的发挥、结构响应降幅明显,减震效果更为理想。     

水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响

对不同场地条件下、不同周期的摩擦摆基础隔震结构在水平双向和单向地震作用下的隔震支座位移进行了对比分析,表明水平双向地震作用下隔震支座的总位移均明显大于水平单向地震作用下的支座位移。因而,在简化设计中确定摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移时,可将水平单向地震作用下的隔震支座位移增大30%,以考虑水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响。     

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。     

多模块高温气冷堆核岛厂房隔震结构振动台试验

为研究多模块高温气冷堆核岛厂房基底隔震结构的抗震性能,设计缩尺比为1/20的核岛厂房振动台试验模型,分别进行抗震、摩擦摆支座隔震、橡胶支座隔震三种工况下的振动台试验,对比分析不同工况下核岛厂房隔震结构的动力响应规律,包括结构动力特性、加速度和位移响应、楼层反应谱等。试验结果表明：采用隔震措施后,结构自振周期明显延长,隔震效果显著;三向地震动输入时,隔震上部结构的加速度放大系数在四层以上会突然增大,这是由于结构中部T形墙高度仅至四五层之间,结构在此处被削弱;结构整体刚度较大,抗震结构和隔震后上部结构的相对位移均较小,基本处于平动;隔震措施能明显减小核岛厂房结构在其自振频率处的水平向加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱值有所增加;在三向地震动输入下,隔震模型的竖向楼层加速度谱较抗震结构的竖向加速度谱有明显放大。     

近断层地震动作用下摩擦摆隔震体系的参数研究

首先以多自由度体系为研究对象,对近断层地震动作用下FPS隔震体系的地震响应进行分析。分析表明,随着摩擦系数的增大隔震支座位移显著减小,而顶层加速度峰值先逐渐减小达到最小值而后又逐渐增大。然后以摩擦摆隔震支座耗散的地震能量最大为目标函数,以顶层加速度峰值和隔震支座最大位移为约束条件,对FPS隔震体系的参数进行优化。研究表明,在近断层地震动作用下FPS隔震体系摩擦系数的最优取值范围为0.08~0.12,最优摩擦系数随着隔震周期的增大而略微增大,随着质量比和上部结构基本周期的增大最优摩擦系数的取值可稍偏小,上部结构阻尼比的变化对最优摩擦系数的取值范围影响较小。     

抗拔型TFPB隔震结构动力特性及地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。本文以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构两种模型。通过模态分析,得到了结构的自振周期和振型参与系数;通过地震响应分析,得出结构各层间位移、加速度及剪力幅值,并提取了隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;各楼层的加速度幅值、层间剪力、层间位移幅值也相应地得到了控制,具有良好的减震效果。     

摩擦摆隔震支座在网壳结构中多尺度模型分析

为研究摩擦摆隔震支座在网壳中的隔震特性和局部受力特性,利用ABAQUS有限元软件建立摩擦摆支座的实体模型,并将其应用于网壳结构,建立网壳结构的多尺度模型,并对该多尺度模型进行动力分析。分析表明摩擦摆隔震支座的加入可以有效的延长结构低阶振型的自振周期,而对结构的高阶振型的自振周期影响很小。通过对网壳结构输入单向地震波,探讨不同地震动输入强度下摩擦摆支座水平刚度变化对网壳节点加速度峰值、节点位移峰值及杆件轴力的影响。研究表明随着地震强度增加,摩擦摆隔震支座的水平刚度变化对网壳隔震响应影响越显著。在强震作用下摩擦摆隔震支座发生局部破坏,但不影响整体模型的多尺度分析。     

摩擦摆隔震框架结构振动台试验研究

摩擦摆是一种常见的隔震装置,将基础和上部结构隔开,在地震发生时起到保护上部结构的作用。为研究摩擦摆隔震结构在地震作用下的响应,设计一个4层框架抗震结构与一个隔震结构以及它们对应的缩尺模型,选择了2条天然地震动和1条人工地震动,分别对2个缩尺模型进行振动台试验。试验考察2个结构的动力特性、层位移响应、楼层加速度以及隔震层的响应。研究表明：摩擦摆具有良好的隔震能力,能显著降低层位移以及楼层加速度,降低的幅度超过50%。     

采用摩擦摆支座的钢框架住宅隔震性能研究

基于有限元分析软件SAP2000适合做钢结构分析,利用SAP2000软件建立一个多层钢结构住宅的非隔震模型和采用摩擦摆隔震的隔震模型,并运用线性时程分析法对两种结构在多遇地震下的楼层剪力、层间位移、顶层加速度等地震反应进行动力分析。分析结果表明:摩擦摆隔震支座后多层钢框架住宅结构的水平地震反应明显低于非隔震结构,基础最大剪力减小47.3%。层间剪切力降低了44.7%,顶层加速度降低了33.8%。     

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.     

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。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

基于摩擦摆支座的地铁车站减震控制参数敏感性分析

为研究摩擦摆支座参数对地铁车站结构地震响应的影响,以大开车站为研究对象,建立了三维精细化摩擦摆支座模型,开展了设置摩擦摆支座地铁车站结构的非线性动力时程分析。基于数值模拟结果,研究了摩擦摆支座滑面摩擦系数与滑面等效半径的不同组合对地铁车站结构地震响应的影响。研究发现,滑面摩擦系数与滑面等效半径的改变会明显改变地铁车站结构的地震响应,相比于滑面等效半径,滑面摩擦系数的改变对车站地震响应的影响更大。摩擦系数越小,车站中柱的地震响应越小。车站中柱的弯矩与变形随着摩擦摆支座等效半径的减小而增大,中柱剪力随等效半径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

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。     

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。     

FPS隔震底框住宅楼的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构非线性振动微分方程,通过数值模拟分析了摩擦摆隔震系统对结构最大地震响应的影响。结果表明,经过合理设计的摩擦摆系统能够显著改善上部结构的地震反应,并有效控制底部钢筋混凝土框架的水平侧移,从而具有良好的隔震性能。