考虑摆动的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

采用铅芯叠层橡胶支座的层间隔震结构,由于结构自重和活载产生的竖向荷载较大,当叠层橡胶层的总厚度较大时,隔震支座在产生水平变形的同时,也会产生竖向压缩变形,导致上部子结构产生摆动效应,同时对下部子结构的响应也产生影响,进而影响层间隔震结构的隔震效果.根据层间隔震结构的自振特性将其简化为两质点模型和多质点模型,分析层间隔震结构考虑摆动效应时的固有自振特性,以及采用虚拟激励法,运用均匀调制非平稳随机响应分析方法,分析隔震层摆动对层间隔震结构的振动响应影响.结果表明,考虑层间隔震结构的摆动效应,将对各子结构的响应产生不同的影响;考虑摆动效应的不同质量比的层间隔震结构,自振特性变化规律存在一界限刚度比K;随着隔震层刚度比的增大,考虑摆动效应的层间隔震结构各子结构的响应逐渐趋近于未考虑摇摆特性结构的响应.     

串联基础隔震结构的隔震特性

由橡胶隔震支座与摩擦滑移隔震支座串联成组合支座,再与橡胶隔震支座并联形成的串联基础隔震结构,在地震时可以取得较好的隔震效果.根据串联基础隔震结构的特点,给出了该种隔震体系的等效阻尼、等效刚度的计算公式;将串联隔震支座设定为多个屈服剪力水平,得到了较好的等效阻尼.实例计算表明,选择合适的摩擦系数和2种支座的刚度比,可以得到性能较好的隔震结构.     

建筑结构抗震分析

将结构物简化为多质点体系,考虑隔震支座的水平刚度、垂直刚度和转动刚度,按反应谱方法进行了高层剪力墙结构和砖结构抗震计算,结果表明,隔震结构可以大幅度地降低地震作用。另外,利用结构自身的顶部作为TMD质量块,并用叠层橡胶支座和摩擦阻尼器设置在建筑物中上部的楼层之间,利用隔震层上部的质量和隔震层部件组成TMD减震系统来控制地震反应。     

直接基于位移的橡胶支座隔震结构性能设计方法

将隔震结构简化为等效单自由度系统(ESDOF),隔震层采用铅芯橡胶支座,应用直接基于位移的性能设计方法(DDBD)分析隔震结构。重点讨论多自由度隔震结构(MDOF)向单自由度等效体系的转化方法,分析体系等效阻尼比、目标位移与等效质量。根据《建筑抗震设计规范》建立了位移反应谱,改进基于位移的性能设计方法的流程。设计高烈度区某隔震工程,假定各楼层的目标位移与体系等效阻尼比,通过性能设计流程最终得出各楼层的剪力分布;对设计的结构进行了时程分析校核,表明方法不但简单有效而且满足工程设计精度要求,可用于隔震结构的初步设计。     

土-结构动力相互作用对橡胶支座隔震结构的影响

采用子结构法,建立了频域内土-结构动力相互作用下的橡胶支座隔震结构的分析模型及相应的运动方程,通过数值仿真2个具有埋置刚性基础的剪切型基础隔震结构的地震反应,并选用多种地基土,较为系统地分析计算了不同地基土参数组合下结构的隔震效果和地震响应.结果表明,设置橡胶支座隔震层可以削弱土-结构动力相互作用对结构动力特性的影响,减小结构相对于场地运动的楼层位移和基底位移.同时,土-结构动力相互作用使橡胶支座隔震效果有所降低,且影响程度与上部结构刚度成正比,与地基土刚度成反比.     

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。     

隔震层参数设计探讨

对隔震设计中隔震层标准位移与阻尼比的合理设计进行了探讨,给出了铅芯橡胶支座阻尼比的理论计算公式,提出了依据设防烈度设计隔震层的思想.依据我国现有规范与规程,推导了隔震层位移反应的相关公式,探讨了支座标准位移与隔震层阻尼比的合理设计方法.     

隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上,利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统,考虑了隔震支座的双线性特性,并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响,提出了相应的计算力学模型,重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响,并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准.     

基础隔震结构动力可靠度分析及参数优化

假定地震为平稳过滤高斯白噪声过程,基于隔震支座的等效动刚度和等效黏滞阻尼比建立了基础隔震结构的动力方程.针对动力方程中非经典阻尼的情况,采用状态空间理论和复模态叠加法对振动方程进行了解耦,推导了基础隔震体系上部结构和隔震层在随机地震动激励下的方差反应解析式.采用变形准则分别定义了上部结构和隔震层的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了隔震结构在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个基础隔震框架计算实例,说明了该方法的运用.在此基础上,分析了隔震支座等效动刚度和等效黏滞阻尼比对隔震结构随机反应和可靠度的影响,并以失效概率为优化目标,对隔震参数进行优化.该方法可以从整体上对隔震结构可靠性进行评估,为基于可靠度的隔震参数优化提供基础.     

高层结构采用组合隔震体系的减震效果分析

组合隔震体系是指隔震系统采用多种隔震支座,达到最优的减震效果。对于高层或小高层结构,在结构中轴力大的位置处设置弹性滑板支座,在其它位置设置橡胶隔震支座,可取得较好的减震效果。对一个实际的12层框架-剪力墙结构,分析对比了一般隔震体系和组合隔震体系的隔震效果,结果表明:采用组合隔震体系比一般隔震体系的减震效果好。     

水浮力系统对建筑物隔震效果探究

将隔震橡胶和调谐液体阻尼器(TLD)减震机理相结合分析了水浮力系统的隔震机理.通过试验探究了有限界域内水在不同深度时的自振频率,测定、计算了结构在不同柔性支座布置形式、不同水深条件以及不同介质下的动力放大系数、阻尼系数和体系自振频率,得出了在水深增大过程中结构隔震效果明显增强的结论.     

橡胶隔震结构在各种地震作用下的隔震效果

根据拉格朗日方程推导了框架结构采用橡胶支座隔震的动力反应分析计算公式,根据龙格-库塔法利用MTALAB语言编制程序求解。结构设置橡胶隔震支座具有明显的隔震效果,能大幅减少结构地震动力反应的层间位移。隔震效果与等效刚度系数kr、等效阻尼系数cr 有关,二者合理组合可得到很好的隔震效果。当kr=95000 kN/m,cr=20000 kN/ms,隔震效果最佳。     

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.     

隔震体系基于双质点模型的参数分析比较

借助简化的竖向串联双自由度体系统一地描述了顶部隔震(TMD系统)、基础隔震、层间隔震三种减震控制方式力学特点,揭示了三者的减震机理.以上、下部分的质量比、频率比和阻尼比等参数,计算了复频响应函数模值的变化曲线,分析了这些动力学参数对隔震系统减震效果的影响.研究分析表明:根据质量比值不同可以区分三种隔震方式;顶部隔震结构频率比最佳为0.8～1.2,隔震系统的阻尼比越大减震效果越好;基础隔震结构的频率比最佳为1.2～2.0,隔震系统的最佳阻尼比为0.1～0.3;层间隔震质量比越大,隔震效果越好,最佳频率比为0.2～0.6.     

铅芯直径对铅芯橡胶隔震支座极限剪切性能的影响分析

通过有限元分析软件ABAQUS对铅芯橡胶隔震支座进行极限剪压状态下的力学性能分析,研究了铅芯直径对铅芯橡胶隔震支座极限剪切位移的影响及其在此极限状态下的等效水平刚度、等效阻尼比、屈服后刚度和屈服力.研究表明,铅芯直径的增大使铅芯橡胶隔震支座的极限剪切位移显著减小;铅芯直径对极限剪压状态下的有效阻尼比和屈服力起决定性影响,二者随铅芯直径的增大而显著增大;铅芯直径对屈服后刚度影响很小.     

远场类谐和地震动作用下高层建筑新型组合隔震的减震性能研究

远场类谐和地震动包含丰富的低频成份,且在长持时的振动阶段的后期产生多个循环的脉冲,其可能对传统高层隔震结构产生类共振作用,导致铅芯橡胶隔震支座发生超限变形,上部结构倾覆失稳.提出弹性滑板支座、复位装置(LRB)与黏滞阻尼器组合而成的新型组合隔震系统,利用弹性滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置(LRB)因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用、黏滞阻尼器对隔震层的过大变形进行控制.探讨地震波中的长周期成份,尤其是类谐和成份对传统基础隔震结构与新型组合基础隔震结构层间位移角、楼层加速度、隔震层变形与结构塑性铰分布等地震响应的影响.结果表明:远场类谐和地震动罕遇地震下传统铅芯橡胶基础隔震结构的层间位移角与楼层加速度相比抗震结构明显放大,且远场类谐和地震动设防烈度下其隔震支座就已超限变形;新型组合基础隔震结构有效地控制地震动下上部结构地震响应放大效应与隔震支座的超限变形,减小了结构塑性损伤,保证了隔震体系的有效性.     

楼板隔震消能结构体系的参数优化

楼板隔震消能结构将部分楼板从主结构中分离出来,在楼板与梁之间设置高阻尼橡胶隔震支座,并在楼板与柱子之间的间隙设置消能阻尼器,从而形成一个大质量比的调谐质量阻尼器.文章对单层隔震楼板的参数优化问题进行了分析.结果表明:随着隔震楼板与主结构质量比的逐渐增大,隔震楼板与主结构最优频率比逐渐减小、最优阻尼比逐渐增大;主结构阻尼比越大,最优阻尼比越大、最优频率比越小.由于质量比较大,隔震楼板对减小主结构的响应非常有效.     

劲性橡胶隔震支座的力学性能试验研究

对不同钢筋直径的劲性橡胶隔震支座与普通橡胶隔震支座进行对比试验研究,分析了支座的竖向刚度、水平等效刚度、最大水平恢复力等特征参数与水平剪切变形、竖向压应力的关系.结果表明,劲性橡胶隔震支座相对于普通橡胶隔震支座其水平等效刚度和耗能能力有较大的提高,加劲构件提高了橡胶隔震支座的抗倾覆性能和安全可靠性,改变钢筋的直径可调节劲性橡胶隔震支座的隔震效果.     

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。     

框架结构隔震技术的应用及其经济性分析

文章以某栋框架结构为例,采用大型有限元分析软件SAP2000分别对其建立传统抗震结构、普通叠层橡胶支座隔震结构和铅芯橡胶支座隔震结构模型,通过在罕遇地震作用下对结构进行动力时程分析,得出3种结构的楼层加速度、楼层剪力和层间位移反应,并进行对比分析.结果表明,该框架结构在应用铅芯橡胶隔震支座时隔震设计效果明显,采用铅芯橡胶支座结构具有明显的社会效益和经济效益.