基于摩擦滑移的板式橡胶支座耗能试验

地震作用下支座剪切滑移可以耗散部分能量,减轻桥梁下部结构损伤。为研究中小跨径梁桥板式橡胶支座剪切滑移耗能性能,采用3组不同轴向压应力单面滑动支座与1组无滑移支座试验。分析了不同轴向压应力下支座剪切滑移现象、滞回曲线、等效刚度、等效阻尼比。结果表明:随着轴向压应力降低,支座的滑动位移显著增大,脱空明显,滞回曲线面积增大,耗能能力显著增强;但限制了支座自身等效剪切变形与等效刚度的发挥。中小跨径桥梁可利用支座摩擦滑移耗散地震中的能量,该研究成果为进一步评价服役混凝土梁桥的安全性和可靠性提供了量化力学指标。     

板式橡胶支座摩擦滑移抗震性能试验研究

为了研究板式橡胶支座摩擦滑移后桥梁的抗震性能,完成了5个试件在不同竖向荷载作用和往复荷载作用下的拟静力试验,分析了支座摩擦滑移前后的滞回曲线、骨架曲线、支座变形、滑移位移、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标.试验结果表明,加载位移较小时,支座主要发生弹性剪切变形,滑动位移较小.当支座剪切变形达到73%~110%时,发生明显滑移,滑移位移与支座所受的竖向荷载和支座规格有关.支座与钢板之间的摩擦系数与施加竖向荷载成反比,摩擦力与竖向荷载成正比,支座加载和卸载刚度基本不变,等效刚度退化明显,但退化到一定值后基本稳定.板式橡胶支座橡胶层厚度的增加会导致支座摩擦耗能性能改变,加载位移相同时,支座自身的剪切变形随之增大,摩擦滑移位移和摩擦耗能则随之减小.     

滑动支座隔震性能的有限元分析

介绍了一种聚四氟乙烯(PTFE)滑动支座的构造以及工作原理.采用有限元分析软件ABAQUS对PTFE滑动支座在水平位移激励作用下的滞回性能和地震激励作用下的位移响应进行了有限元分析.分析结果表明,该支座具有很好的滞回性能,但由于该支座没有复位装置,滑移后有残留位移,在应用时需根据实际情况预留水平方向的净间距.通过往复加载下支座的滞回性能分析和地震激励作用下的位移响应分析,为实际工程提供了结构支座设计的理论依据.     

双凹摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍了双凹摩擦摆隔震支座的基本构成和隔震原理,从力学平衡原理出发对双凹摩擦摆隔震支座进行了理论分析,推导了双凹摩擦摆隔震支座的刚度,分别构造了双凹摩擦摆隔震支座在上下滑动面摩擦系数相同和不同情况下的滞回模型,并探讨了支座的回复特性,得到了其最大残余位移的计算公式.采用ABAQUS软件对双凹摩擦摆隔震支座进行了实体单元建模,数值模拟了低周反复荷载作用下的双凹摩擦摆隔震支座在上下滑动面摩擦系数相同和不同情况下的滞回特性及其回复特性.研究结果表明:①理论分析和数值模拟结果吻合较好,验证了提出的滞回模型和最大残余位移计算公式的正确性;②双凹摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能;③该支座的刚度与上下滑动面的球面半径之和成反比,其隔震周期也仅与半径有关,与上部结构质量无关;④其最大残余位移为上下两滑动面的摩擦系数和球面半径的乘积之和.     

橡胶支座水平剪切弹塑性力学性能试验研究

通过对铅芯橡胶支座剪切弹塑性力学性能试验,发现铅芯橡胶支座的滞回曲线与加载时程密切相关,在同一水平应变下,水平剪切刚度随加载次数的增多有所减小,最后趋于稳定;在不同应变下,水平剪切刚度随应变的增大而减小.试验还表明铅芯橡胶支座不仅在大应变存在着小应变滞回特性,而且在小应变也存在着小应变滞回特性.     

某变曲率摩擦摆隔震支座设计与有限元分析

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的特点,分析了不同参数对变曲率滑动曲面的影响.将某球面摩擦摆隔震支座改进设计为变曲率滑动曲面的摩擦摆支座,并利用有限元软件ABAQUS对隔震支座进行实体单元建模.对比了不同曲率变化程度的变曲率摩擦摆支座和球面摩擦摆支座在低周反复荷载作用下的滞回性能.数值分析结果表明:变曲率摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回耗能能力,且其滞回耗能能力优于球面摩擦摆支座;当滑动曲面方程选择合适时,该支座的耗能能力可达到最佳.     

三层圆环摩擦弹簧的静力性能分析

在圆环摩擦弹簧（Ring Friction Spring,简称RFS）的基础上,提出了一种新型三层圆环摩擦弹簧（Three-layer Ring Friction Spring,简称TRFS）。首先,介绍其基本构造形式,分析其工作机理,推导其滞回行为的理论公式。其次,采用ABAQUS软件建立多组弹簧精细化有限元分析模型,并与理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。进而分析不同参数对弹簧的滞回行为和截面应力分布状态的影响。结果表明,TRFS的滞回行为表现为“三角形”滞回模型,其加卸载阶段刚度和耗能能力受内外环倾角和摩擦系数的影响较大,而截面应力分布状态则主要受到内外环倾角的影响,且与相同规格的RFS相比,在产生相同轴向往复位移前提下,TRFS具备更大的承载能力、自复位能力及绝对耗能,内部空间的利用率更高。     

某外廊式框架ABAQUS拟静力模拟对比分析

目的研究外廊式钢筋混凝土框架的滞回曲线、耗能性能、延性、刚度退化等抗震性能.方法针对2008年汶川地震中某外廊式框架做ABAQUS拟静力分析,建立合理的有限元模型,对已有的试验结果进行对比及验证,并进一步分析该外廊式框架的抗震性能.结果试件在模拟的最后时刻,应力云纹均大量分布在柱子的顶端和底端,滞回曲线均较为饱满,峰值承载力具有对称性,最大承载力在150 kN左右,且与试验结果类似;骨架曲线也呈现出典型的纯框架特征,在达到极限承载力后平缓下降至最大承载力的85%;整体结构的刚度也在最后时刻下降到初始刚度的14%,耗能随着循环次数的增加而增加.结论该模型的有限元模拟的破坏位置与试验过程相类似;滞回曲线除了黏结滑移效应以外其他情况与实测情况具有较高的拟合度;骨架曲线表现出良好的延性,刚度也呈现出逐渐退化的特征,同时该结构具有较强的耗能能力.     

大跨度桥梁边墩横向减震体系的地震易损性分析

在大跨度桥梁中,边墩的竖向恒载与中墩相比往往较小,导致支座滑动摩擦力较小,因此,摩擦型耗能减震支座无法有效控制地震位移.针对以上问题,提出了滞回型钢阻尼器和滑动支座配合使用的桥梁边墩减震体系.然后,以一座大跨度钢桁架拱桥为例,建立了全桥有限元模型,以支座位移、墩底弯矩以及拱脚立柱的应力为工程需求参数,采用云图法建立概率地震需求模型,分析了该大跨度桥梁的边墩横向地震易损性.结果表明,采用滞回型钢阻尼器和滑动支座的桥梁边墩减震体系可有效降低桥梁上、下部结构各主要控制部位的横向地震易损性.     

超低周疲劳试验中板式橡胶支座的整体水平刚度退化

当遭遇超越本地区抗震设防烈度的灾难性地震时,大跨度空间网格结构的板式橡胶支座会产生超过正常设计范围的水平位移,从而发生超低周疲劳破坏为研究灾难地震下,产生大位移的板式橡胶支座在超低周疲劳试验中的破坏过程与水平刚度退化规律,设计了可双向加载的试验装置。不同竖向力下,让采用不同直径锚栓的板式橡胶支座进行水平往复运动,得到并分析了支座的滞回曲线,骨架曲线和水平刚度退化曲线。试验结果表明,水平往复加载作用下,当板式橡胶支座的水平位移超过正常的设计范围时:①原本按构造要求设计的锚栓参与受力,锚栓最先发生了疲劳断裂,成为支座的薄弱环节;②支座的整体水平刚度大体上呈现先上升后下降的变化趋势;③增大锚栓的直径可提高支座的整体水平刚度与水平承载力,且竖向力的变化也会对支座的整体水平刚度和水平承载力产生一定程度的影响。     

SRB与LRB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为研究SRB与LRB隔震连续梁桥地震响应的差别,根据G-C模型模拟SMA丝的热力学本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB力-位移的滞回非线性特性,通过对结构的离散建立了全桥有限元计算模型,分别编制了求解SRB和LRB隔震结构非线性运动方程的时程分析程序.利用自编程序并结合算例对不同地震激励下的非隔震、SRB和LRB隔震模型进行了时程对比分析.分析结果表明:在非低频脉冲波激励下,采用SRB与LRB隔震,梁体位移虽被放大但均在限值范围内,其它关键部位的地震响应均明显降低;在低频脉冲波激励下,SRB的隔震效果同样显著,但LRB隔震桥梁的地震响应比隔震前有明显放大,梁体位移超出了限值范围.     

含初始转角的隔震支座在双层柱面网壳结构中的隔震性能

为了研究大跨度空间结构中存在支座转动问题,通过含初始转角的橡胶隔震支座的双层柱面网壳结构研究了水平方向上结构水平地震反应。结合通过实验得出的经验公式对橡胶隔震支座水平性能进行修正,并通过SAP2000应用动力时程分析法,在考虑下部支承结构的情况,对含初始转角的橡胶隔震支座进行了参数分析。结果表明：水平地震作用下,较小转角的隔震支座的支座底部剪力峰值与加速度峰值会下降;随着转角增加,柱顶加速度峰值、隔震支座底部剪力峰值等迅速增加;而跨高比大的网壳结构会放大初始转角对结构的影响,加大结构整体的加速度峰值和结构柱的位移峰值,但限制上层网壳结构的位移峰值。因此在考虑初始转角的情况下,若需要限制网壳结构加速度或位移,设计时需要将网壳结构跨高比的放大效应纳入考虑范围。     

基于ANFS的MR智能基础隔震地震反应分析

为了研究MR智能基础隔震结构的抗震性能,建立了该混合控制结构的力学模型,橡胶垫隔震层采用双线型恢复模型描述其弹塑性特性。运用自适应神经网络模糊系统（ANFS）计算MR阻尼器的控制力,在SIMULINK环境下对控制结构进行仿真动力分析,并对具体结构进行地震作用下的时程反应分析,仿真分析表明：自适应神经网络模糊系统可以有效地应用到结构控制中,并证实了MR基础隔震结构是一种性能优异的智能控制系统。     

层间隔震结构减震机理的数值模拟分析

以振动台试验模型为背景,隔震垫采用铅芯橡胶隔震支座双线性滞回阻尼和粘滞阻尼的粘塑性分析模型,隔震层采用粘塑性分析模型,建立层间隔震结构的动力运动方程.同时,使用有限元分析软件ANSYS对该试验模型进行非线性有限元动力分析,获得层间隔震结构在地震动下的响应.分析结果表明,隔震层位置越低,隔震效果越好.随着隔震层设置位置下移,层间隔震体系在结构动力特性上体现为前两阶模态质量参与系数的比例发生变化.在中间层隔震区域,隔震层上部子结构反应基本上由一阶振型决定,而下部子结构反应却以二阶振型为主.隔震层上部子结构层间位移较稳定,可以近似为平动;下部子结构层间位移呈现抛物线状,且下部结构最大层间位移常出现在下部结构的中间位置.     

桥梁抗震剪力键的力学模拟及减震效应研究

针对一种带剪力键的滑板式橡胶支座系统的减震效果进行分析,根据基于性能的抗震设计思想以及我国抗震规范的规定,以桥墩内力和主梁位移为控制目标,明确了剪力键在正常使用、常遇地震、罕遇地震3种阶段下的性能目标,由此提出了剪力键的设计计算方法,结合数值分析方法建立了剪力键恢复力模型并给出了简易计算公式.以某等跨径桥梁为例,选取6条地震波,运用OpenSees建立了桥梁非线性动力模型并进行时程分析.结果表明:剪力键数目对滑板式橡胶支座的减震效果影响显著,合理布置剪力键能有效地防止主梁在常遇地震下发生滑移、明显减小震后残余位移,同时可大幅降低罕遇地震下桥墩内力.剪力键和滑板式橡胶支座的组合既能保证正常情况的适用性又能起到较好的减隔震效果.     

开洞节能砌块隐形密框复合墙体恢复力模型

研究开洞节能砌块隐形密框复合墙体的抗震性能,对6片1/2缩尺的开洞密框复合墙体进行低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究不同参数对结构构件受力性能的影响.试验考虑了墙体的配筋率、开洞形式对构件的承载力、刚度、变形、延性耗能、破坏形态及刚度退化等的影响,得出相应的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等,并建立相应的开洞复合墙体恢复力模型.研究结果表明:肋柱配筋率的增加有利于提高复合墙体承载力、延性变形性能,而肋梁配筋率的增加有利于约束后期横向滑移变形,变形性能较佳;随着墙洞比系数的减小,复合墙体的强度、刚度有所增加,滑移变形较少,极限位移变形较少,前期刚度退化较平缓,后期下降段强度变化较明显,滞回曲线相对饱满,延性耗能、抗震效果较好.     

MR智能基础隔震结构的抗震分析

为研究MR智能基础隔震结构的抗震性能,应用双线性恢复力模型来描述基础橡胶隔震垫的弹塑性特性,通过模糊半主动控制策略计算MR阻尼器的控制力,建立该混合控制结构的数学模型,并对某MR智能基础隔震的框架结构进行地震作用下的时程反应分析.仿真分析表明：MR智能基础隔震系统不仅能够减小上部结构的地震反应,而且还能够有效地保护基础隔震系统免于因过大变形而产生失效破坏,说明MR智能基础隔震结构是一种性能优异的智能控制系统.     

双向地震影响下抗震和减震结构变形的比较

为比较在同时考虑两个水平方向地震影响的情况下,多层框架抗震结构和橡胶垫减震结构变形的区别,采用空间杆系模型在弹塑性范围内对结构进行了动力分析·介绍了进行动力分析的方法,计算了两种结构在地震波作用下各层的层间位移等地震反应·从动力反应的比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了结构的动力特性,从而使整个上部结构的地震反应大大降低;在同时考虑两个水平方向地震作用时更能体现出减震结构相对抗震结构的优越性·     

框架填充墙平面内荷载作用下结构非线性分析

为了更好地了解在水平内荷载作用下填充墙对框架结构抗震性能的影响,利用ANSYS有限元软件对其进行平面内荷载作用下非线性分析,分别建立纯框架和框架填充墙结构模型,计算了填充墙在平面内单调递增荷载作用下的承载力、刚度、位移、延性等参数的变化特征。计算结果表明,与框架有效连接的填充墙在平面内荷载作用下对主体结构产生有利影响,其承载力、刚度、延性比纯框架模型都有明显的增大。还研究了填充墙在水平低周反复荷载作用下对框架抗震性能的影响,并得到了相应的滞回曲线。     

基于SIMULINK仿真的基础隔震-PTMD混合控制结构的抗震分析

研究顶层设置被动调谐质量阻尼器的基础隔震混合控制结构的抗震性能.建立该混合控制结构的数学模型,应用双线型恢复模型描述橡胶垫隔震层的弹塑性特性.在SIMULINK环境下对混合控制结构进行仿真动力分析.通过具体结构的地震动力的时程反应分析.经仿真分析表明,证实了混合控制制震效果优于单一的被动控制.