铅芯橡胶基础隔震结构在多向地震作用下的分析与研究

本文分别建立了传统结构与隔震结构的三维有限元模型,通过对这两种结构进行动力特性分析和考虑单向、双向、三向地震作用下的动力时程分析,研究多向地震作用对框架结构的影响。研究分析表明：对于水平隔震,在三向坚硬场地波的作用下,结构的反应增大;对于竖向隔震,隔震结构比传统结构的地震响应都要大,且在双向与三向地震动时,结构的层间剪力和底层柱轴力有较大的影响。因此,在进行铅芯橡胶基础隔震设计时,要考虑结构多向地震作用,尤其是竖向地震作用对结构的影响。     

大跨隔震结构多维地震响应有限元模拟

为了探究大跨隔震结构多维地震作用下的水平隔震效果及竖向结构响应,选取54 m跨度的长方形周边支承网架为研究对象。利用有限元软件SAP2000对结构原型进行时程分析,通过对比数值计算结果与振动台试验结果全面评价结构抗震性能。结果表明:采用隔震技术后,水平地震反应远小于非隔震结构;三向地震作用时,隔震结构网架节点最大竖向加速度分布不同于非隔震结构。因此,隔震结构可通过降低水平地震引起的竖向振动,达到减小网架竖向地震响应效果。     

考虑不均匀沉降的大跨网架结构地震反应分析

针对不均匀沉降对大跨网架结构地震反应的不利影响,提出在柱顶设置不同隔震支座以减小不均匀沉降下结构的地震反应.建立大跨网架结构数值模型,进行模态分析,对比其动力特性.耦合不均匀沉降与地震作用,数值分析得到未发生不均匀沉降和发生不均匀沉降的三种结构在水平地震和竖向地震作用下的动力反应.结果表明,不均匀沉降导致结构发生内力重分布,使不同类型的杆件有大小不同的附加应力;不均匀沉降增大了网架结构的地震反应,也降低了隔震效果;三维隔震支座的竖向刚度较小,能够适应不均匀沉降带来的竖向变形,且对竖向地震作用的隔震效果显著,在发生不均匀沉降时仍具有一定隔震效果,而水平隔震支座则没有.     

三维复合隔震墩试验研究

针对国内现有隔震装置在竖向隔震的空白,以基础隔震原理为依据,在钢筋沥青复合隔震层的基础上,提出并开发了一种新型三维隔震装置——三维复合隔震墩,在减轻水平地震的同时也能有效地进行竖向隔震,并介绍了其构成及工作原理.用刚体质量块作为上部结构,对三维复合隔震墩进行振动台模拟试验.结果表明,该三维复合隔震装置竖向及水平向隔震效果均显著,还具有造价低廉、构造简单等特点,十分适用于我国村镇地区.     

三维多级复合摩擦摆隔震结构有限元分析

为考察一种新型三维多级复合摩擦摆的隔震性能,采用Abaqus有限元软件对结构进行时程动力分析,计算罕遇地震下结构的加速度、层间位移等.对比结构隔震前后的地震响应,该复合摩擦摆既有多级摩擦摆可根据抗震设防目标适时调整结构自振周期的特性,又有碟簧的竖向变刚度、隔震耗能能力.研究结果表明:隔震结构基本自振周期被延长,变形主要集中在隔震层;可在水平和竖向同时达到上部结构"整体平动"的良好隔震效果;经分析可忽略水平和竖向隔震的耦合作用,各自分开计算.     

考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构高宽比限值研究

对考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值进行了研究。采用多自由度分析模型,建立了滑移隔震结构在水平与竖向地震作用耦联下的运动微分方程,给出了考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值计算公式。以某六层采用摩擦滑移隔震的框架结构为例,考虑不同的场地条件,研究了竖向地震作用的存在对隔震结构高宽比限值的影响。     

某弦支穹顶屋盖地震响应的三维隔震控制

以潍坊鸢都体育馆屋盖为弦支穹顶结构的工程背景，分别采用研发的SRB和PCDSB作为屋盖的水平向和竖向隔震设备，以此设计了屋盖的S-P三维隔震层，利用子空间迭代法对隔震屋盖进行了动力特性分析，运用Newmark逐步积分法和四阶显式Runge-Kutta迭代法编制了求解隔震屋盖地震响应的非线性时程分析程序X，采用ABAQUS有限元软件验证了自编程序X的正确性，并利用程序X对Ⅷ度和Ⅸ度地震波作用下的未隔震和隔震屋盖的地震响应进行了对比分析.结果表明：隔震屋盖的前四阶振型表现为水平向和竖向振动相耦联的特点；相同烈度同条地震波作用下，隔震屋盖的地震响应较未隔震的有了明显降低；同条地震波作用下，Ⅸ度的隔震屋盖地震响应比Ⅷ度的要大；本文设计的隔震屋盖在低频脉冲型地震波作用下，仍能保持较低的地震响应.     

关于基础隔震结构中隔震影响系数的研究

推导了隔震影响系数的表达式,同时对3个不同的算例进行计算分析,对竖向荷载作用下基础隔震 结构内力计算中的隔震影响系数表达式进行了验证．结果表明:对于对称结构和等跨结构形式,隔震影响 系数具有较好的适用性．该隔震影响系数与《建筑抗震设计规范》中的水平向减震系数结合起来,使水平地震 作用和竖向荷载作用下的隔震结构的设计思路得以统一,从而将隔震结构的设计转化为非隔震结构的设计．     

双向地震耦合作用对基础摩擦隔震结构的影响

采用多质点层间剪切型模型,建立了基础摩擦隔震多层砌体结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程及滑动与啮合状态判别准则·通过数值计算,分析了竖向地震作用对隔震结构的影响,研究表明,竖向地震作用的存在,使隔震结构下部各层,特别是首层的层间位移,层间剪力增加,隔震层加速度增加,且随地震烈度,竖向加速度峰值增大而增加,并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能·建议在高烈度震区考虑竖向地震作用对结构反应的影响·     

考虑地面转动分量的双向偏心隔震结构减震性能分析

针对双向偏心结构,考虑地面转动分量对偏心结构的影响。采用隔震装置减小偏心结构在地震作用下的平动和扭转振动。着重分析地面转动分量对结构扭转响应的影响。分析非隔震结构、隔震结构分别在考虑地面转动分量前后结构的平动和扭转振动。研究表明,地面转动分量会加剧结构的扭转振动,隔震措施可减小地面转动分量对结构扭转振动的影响。从而使得双向偏心隔震结构在多维地震作用下的响应分析更加完备。     

新型三维多功能隔振支座设计及其隔振分析

为了减小地铁运行引起的建筑振动、避免地震对结构的破坏作用,开发了一种新型三维多功能隔振支座(3D-MIB).首先,介绍了3D-MIB的结构构造与工作机理,提出其设计方法;其次,利用SAP2000软件建立了非隔振结构及设置有3D-MIB隔振结构的有限元模型;然后,对模型进行模态分析以及地铁和地震振动作用下的非线性动力时程分析,并采用加速度隔振率对3D-MIB的隔振效果进行评价.研究结果表明,3D-MIB延长了结构水平和竖直方向的自振周期,对结构的振型影响较大.与非隔振结构相比,3D-MIB降低了地铁振动下隔振结构各层的水平和竖向加速度峰值,水平和竖向加速度隔震率为50%~70%;3D-MIB降低了罕遇地震作用下隔振结构的水平地震作用,除第1层和第2层外,其他各层的水平加速度隔震率均超过30%;3D-MIB放大了罕遇地震作用下隔振结构各层的竖向加速度响应,结构各层竖向加速度峰值的放大系数为2~5.     

采用橡胶支座的超高层框架-核心筒结构抗震性能的研究

为研究采用橡胶支座对某超高层大厦抗震性能的影响,利用有限元软件Midas gen分别建立了3种不同方案有限元模型,对模型进行模态分析和动力时程分析计算,对比分析3种不同方案有限元模型的自振特性和水平地震作用下的位移及内力响应。分析结果表明,在底层和层间竖向构件底部加装橡胶隔震支座都具有较好的隔震效果,尤其是基础隔震体系能够较好地控制地震作用下的结构内力和增大结构的延性,从而达到隔震的效果。     

三维长周期地震动下层间隔震高层建筑结构地震响应分析

层间隔震体系是在基础隔震体系的基础上发展而来的一种新型隔震结构。层间隔震高层建筑结构自振周期较大,在长周期地震动下因容易发生共振而响应较大,三维地震会加剧结构的重力二阶效应。建立某框架-核心筒高层建筑结构模型,进行三维长周期地震动下的非线性时程分析。针对层间隔震结构隔震支座出现的拉应力超限问题,设置三维隔震支座,并与设置传统水平隔震支座的结构进行地震响应分析对比。结果表明：三维长周期地震动下的层间隔震高层建筑结构地震响应增大;在三维长周期地震动下,采用传统水平隔震支座容易出现拉应力超限问题;采用三维隔震支座后,结构的层间位移、基底剪力、楼层加速度均明显降低,结构的损伤程度减轻,三维支座滞回曲线饱满,耗能能力强。     

竖向弹簧-钢球隔震系统的隔离水平地震作用

提出一种新的竖向弹簧—钢球隔震系统隔离水平地震作用的隔震方法,用势能不变值原理与“对号入座”法则建立该隔震系统的振动方程,分析各控制参数对该隔震系统地震反应的影响．研究结果表明,该隔震系统结构简单,隔离水平地震作用效果显著．     

某近断层高层建筑采用隔震技术的相关问题研究

以一紧邻断裂带高层建筑为例,进行高层建筑基础隔震技术运用相关问题,特别是竖向地震问题的分析研究.采用连接单元和缝单元并联模拟隔震支座,分析水平地震动作用下结构减震系数和隔震层位移;对比竖向地震动作用下规范规定计算方法、振型分解反应谱法和时程分析法计算所得结构内力.结果表明:结构水平向减震效果良好,隔震层位移控制和支座拉压承载力满足要求,反应谱法和时程分析法计算结果更为合理.     

考虑土-结构作用的层间隔震结构三维地震响应

实际地震具有多维性,只考虑水平向往往不够真实全面,且在考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)中更为复杂,缺少相关的研究分析。建立层间隔震结构模型,利用点弹簧模拟土体参数实现SSI效应,进行三维地震动下动力弹塑性分析。研究三维地震激励下,考虑SSI前后的层间隔震结构的地震响应,通过改变土体性质,探讨了考虑SSI对结构的影响规律。针对三维地震动,设置了三维隔震支座,并与传统水平隔震支座结构进行了地震响应分析对比。结果表明：三维地震下,考虑SSI层间隔震结构地震响应增大,周期有所延长,层间位移角增大,结构损伤加重;采用三维隔震支座后,考虑SSI层间隔震结构的层间位移角和基底剪力均明显减小,结构的损伤程度减轻,三维隔震支座减震性能更优。     

高G值铅芯隔震橡胶支座水平性能的反复加载次数相关性试验研究

铅芯隔震橡胶支座被广泛应用于建筑隔震、桥梁隔震及特别重要结构隔震中,以保护其在地震时免遭破坏。在地震多发地带,上述隔震结构会经常遭遇地震作用。支座反复加载试验是用来模拟支座较长时间地震作用时其力学性能随加载圈数增加而变化的情况。采用三种较高G值的铅芯隔震橡胶支座,试验研究了不同加载频率、温度、竖向压力、水平应变对其反复加载规律的影响。探讨了支座在反复加载前后不同时间其基本抗震力学性能的变化情况。给出了高G值铅芯支座在标准温度下力学参数的反复加载变化情况的拟合公式。     

隔震设计分析及隔震结构变形缝设置探讨

为研究隔震结构设置对整体结构抗震性能的影响,以实际工程中四川卧龙一贯制学校中学部教学楼结构隔震设计为例,采用SAP2000软件对结构进行整体非线性动力时程分析,在多遇地震和罕遇地震作用下对隔震结构和非隔震结构进行对比分析.分析结果表明:多遇地震作用下隔震结构的层间剪力、加速度和层间位移较非隔震结构均有大幅度降低,其中X向、Y向最大层剪力分别降低了78%,和79%,;X向、Y向楼层最大加速度分别降低了60%,和52%,;X向、Y向最大层间位移分别降低了75%,和85%,.此外,罕遇地震作用下设置隔震结构也能明显减小结构的地震反应,改善结构的抗震性能.同时还对隔震结构变形缝的设置进行了探讨,为相关工程提供参考.     

竖向刚度突变结构层间隔震地震响应分析

为了降低竖向刚度突变结构的地震响应,选取某一竖向刚度突变的框架结构,基于ETABS建筑结构分析程序,引入层间隔震技术,建立了有限元模型。应用结构动力学数值分析法,对竖向刚度突变结构进行固有特性和地震响应分析。结果表明：层间隔震能延长竖向刚度突变结构的固有周期;竖向刚度突变结构层间隔震具有降低加速度和层间位移角地震动响应的效果。     

双向隔震铁路桥梁与列车的耦合振动响应研究

为了研究铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能,本文首先建立一座三跨隔震桥梁三维模型,然后对双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动进行分析,研究其机理.结果表明,隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,支座阻尼对桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显,对桥梁上部结构扭转角和竖向位移的影响可以忽略不计.桥梁横桥向的隔震周期的增大,使车体横摆、侧滚振动位移响应更加剧烈,对车体各个自由度的加速度响应影响可以忽略不计;隔震支座阻尼的增大对车体横摆、侧滚角、摇头角、沉浮和点头角位移响应以及对车体各自由度的加速度响应影响较小.