凸轮式响应放大摩擦阻尼器基于性态目标的能量设计方法

在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper,CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减震结构标准能量设计反应谱,提出了CRAD-FD基于性态目标的能量设计方法;以某10层RC框架结构为例,在设防、罕遇、极罕遇地震作用下验证了该方法的可靠性。研究表明:所推导的CRAD-FD的能量解析解正确,所提出的基于性态目标的能量设计方法可靠;消能减震结构通过CRAD串联小吨位摩擦阻尼器的减震与耗能效果可与直接安装大吨位阻尼器的效果相差无几或更优,体现了CRAD的响应放大效应。

初始剪切变形对铅芯橡胶支座性能影响分析

为了研究初始剪切变形对铅芯橡胶支座力学性能与大剪切变形时内部应力的影响规律,首先基于厂家提供的支座规格参数得到铅芯橡胶支座有限元模型,验证试验数据与有限元计算结果模型的正确性;然后分析支座尺寸、形状系数、竖向压力等不同参数,对有初始剪切变形的铅芯橡胶支座100%水平性能、内部钢板橡胶最大应力比的影响,并进行大剪应变下支座内部应力分析。结果表明:与无初始剪切变形相比,铅芯橡胶支座的100%水平刚度随着压应力、初始剪切变形、支座形状系数的变化最大为5%,影响程度较小;有初始剪切变形对橡胶隔震支座100%剪应变条件下的橡胶和钢板应力有一定的影响,但基本未达到橡胶材料的拉伸强度和钢板的屈服强度,支座处于安全状态;有初始剪切变形对橡胶隔震支座250%以上剪应变条件下的橡胶和钢板应力有很大的影响,不同剪应变条件下的橡胶或钢板应力均可能达到拉伸强度或钢板的屈服强度,支座有极大的损伤风险;通过分析,建议支座实际剪应变为400%、350%、300%、250%、200%及100%时,其初始变形分别不能超过0、20%、70%、120%、170%及270%。

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,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,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。最后,还提出了一种内置三层圆环摩擦弹簧的自复位阻尼器,可将其应用于建筑结构抗震领域。

无预紧力变摩擦阻尼器的研发与简谐激励下的动力特性分析

摩擦阻尼器属于位移相关型阻尼器,具有构造简单、耗能能力强和性能稳定等特点,多年来已被许多工程采用。文中基于滚珠丝杠的放大机理,提出了一种无预紧力变摩擦阻尼器(Non-preload variable friction damper,NVFD),介绍了该装置的构造及作用机理;根据恢复力公式给出了其恢复力模型,通过开展拟静力试验验证了NVFD作用机理和恢复力模型的正确性。最后推导了简谐荷载作用下NVFD单自由度减震体系的位移解析解和动力放大系数,并进行了相关参数分析。结果表明:只要NVFD参数取值合理,在外激励作用下处于滑动状态,位移解析解和数值解基本吻合,谐波平衡法推导的解析解具有较高的精度;频率比小于1.5时,NVFD单自由度结构的动力放大系数随着弹簧刚度和摩擦力放大倍数的增大而减小,基本不受圆环形钢板质量变化的影响。

基于响应面法的高铁隔震桥梁地震风险分析

考虑高铁桥梁结构自身和地震动的不确定性,采用SAP2000分别建立隔震与非隔震高铁桥梁模型,运用中心复合设计法建立试验样本,对桥梁结构模型进行非线性动力时程分析,分别建立以墩柱位移延性系数和支座剪切位移为输出的响应面函数。基于拉丁超立方抽样,获得隔震与非隔震桥梁构件的易损性曲线;基于结构易损性和地震所造成的损失分析,得出桥梁结构在其全寿命期内的总费用。研究结果表明:通过中心复合设计法得到响应面函数的方法,可以大幅提高高铁隔震桥梁易损性分析的计算效率;隔震墩柱发生各级破坏的超越概率均明显低于非隔震墩柱,说明摩擦摆隔震支座通过延长结构周期和摩擦耗能对高铁桥梁墩柱起到了很好的保护作用;隔震桥梁全寿命期内地震经济损失、检修费用及全寿命总费用等均低于非隔震结构,说明隔震桥梁在全寿命周期内的经济性好。

老化及海蚀作用下近海桥梁隔震支座橡胶材料性能劣化试验

设计了由与橡胶隔震支座相同材料的橡胶片组成的橡胶块体,将橡胶支座与橡胶块体和橡胶片放置在同样的试验环境下开展试验,研究橡胶材料硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率在老化和海蚀作用下随时间及厚度方向的变化规律。试验结果表明:老化仍然是影响橡胶材料性能的主要因素;橡胶含水率的高低会极大影响其性能;随老化时间的增长,橡胶的硬度、定伸应力呈增大的趋势,而拉伸强度、扯断伸长率呈减小的趋势;单纯海蚀对橡胶硬度、定伸应力的影响不明显,但拉伸强度和扯断伸长率则随着海蚀时间的增长而减小;老化+海蚀试验结果是老化作用与海蚀作用的叠加,该作用会使得橡胶的性能劣化在大应变时表现得更为明显;从橡胶表面至内部,橡胶材料性能大体呈略微减小的趋势,老化及海蚀作用基本发生在表面,而内部橡胶的性能变化程度均较轻。

基础隔震结构全寿命费用研究

近年来,隔震结构初期投入与将来可能的损失成为工程各界关注的焦点,本文详细分析了隔震结构全寿命费用的组成,建立了适合于初步估计和详细计算的基础隔震结构初始造价共性和个性评估模型;分析了隔震结构检查维护费用的计算方法;给出了隔震结构失效损失费用的组成及计算方法;最终得出全寿命周期的总费用评估模型。算例分析结果表明:虽然隔震结构在建设初期投入的费用可能高于传统抗震结构,但从全寿命期内来分析,隔震结构还是具有较好的经济效益。

地震人员伤亡估算方法研究

本文将目前国内外地震人员伤亡的评估方法区分为将生命损失用货币单位来衡量和单独估算人员伤亡数量两大类，并对评估方法进行了系统详细的归纳总结。在此基础上，利用以倒塌率作为主要影响因素的６种估算方法对１９７６年唐山地震、１９９６年云南丽江７．０级地震及内蒙古包头西６．４级地震的人员伤亡进行了评估，并与三次地震人员伤亡的实际统计结果进行了比较。最后，提出了一种较精确、适用的伤亡评估方法。

重要性不同的现有结构抗震加固设计地震动参数研究

提出了重要性不同的现有结构抗震加固设计基准期取值原则,给出了现有结构抗震加固设防水准的定义。基于地震危险性特征分区,利用地震动参数的危险性曲线公式对重要性不同的现有结构抗震加固设计地震动参数进行了分析。同时,为了便于工程设计人员使用,给出了现有结构设计地震动参数取值的简化方法。最后,通过算例解释了理论方法和简化计算方法中抗震加固设计地震动参数的取值方法和步骤。

不均匀老化对近海桥梁隔震橡胶支座性能影响及简易预测方法

将支座、同材质橡胶块体和橡胶片放置在同样的试验环境下开展试验,建立天然橡胶材料老化后硬度与距表面距离的变化规律公式。利用ABAQUS软件,建立橡胶隔震支座的有限元分析模型,通过与试验数据的对比,验证模型的有效性。建立近海桥梁中隔震橡胶支座沿厚度方向不同硬度变化的不均匀老化模型,进而开展不均匀老化对竖向刚度及水平刚度的影响分析。建立考虑不均匀老化后的橡胶隔震支座刚度计算公式,提出隔震支座性能老化简易预测方法。研究结果表明:不均匀老化会导致橡胶支座平面各点竖向应变不均匀,在长期荷载和老化作用下,会使支座内部产生损伤;支座水平刚度主要与老化区域有关,与加载方向没有关系。

基于热老化作用的橡胶隔震支座力学性能时变规律研究

在对近海桥梁橡胶隔震支座和橡胶材料进行老化试验的基础上,分析橡胶材料参数随老化作用的时变规律,进而采用ABAQUS有限元软件对橡胶隔震支座的力学性能进行了模拟分析,得到了橡胶隔震支座力学性能时变规律。结果表明:老化试验前和老化试验20 d(折合时间环境40年)后的试验结果和有限元分析水平刚度误差分别为5.29%(未考虑温度修正)、10.96%(未考虑温度修正);老化试验前和老化20天后竖向刚度误差分别为3.01%、-7.88%,上述误差值均在可接受范围内,因此,由橡胶材料参数随老化作用的时变规律通过有限元分析得出的橡胶支座力学性能时变规律结果较可靠,本文的研究内容可为橡胶隔震支座老化性能的研究及桥梁结构全寿命抗震性能分析提供理论依据。

地震环境下不同重要性建筑的抗震设防水准

针对我国进行建筑物重要性分类时没有考虑地震环境影响的现实,采用地震危险性分析的方法将我国划分为地震危险性不同的3个区。同时,在采用调整设计基准期来标定建筑的重要性类别的基础上,利用地震动参数的危险性曲线,分析了不同重要性建筑在不同危险性特征分区内、不同设防概率水准(常遇、偶遇、罕遇地震)下的地震动参数(设防烈度、地震影响系数和地震地面运动加速度)的取值,最终证实调整结构的设计基准期并考虑地震环境的影响是标定结构的重要性从而调整设防等级的一种好方法。

我国社会可接受地震人员死亡率的研究

在分析地震的特点及我国目前抗震设防中存在问题的基础上，提出了社会可接受地震人员死亡率的概念，介绍了确定可接受地震人员死亡率的方法及需要考虑的因素。同时通过对其它自然灾害和人为灾害死亡率的统计分析，以问卷调查的形式咨询了熟悉防震减灾工作的有关专家和政府管理部门等业内人士的意见。在此基础上，给出了较合理的社会可接受地震人员死亡率的建议值，为在抗震设防标准研究中定量考虑和控制地震人员伤亡提供了依据。

抗震设防烈度的决策分析方法研究

研究了抗震设防烈度的决策分析方法,提出了“最优经济设防烈度”和“最优安全设防烈度”的两种决策分析模型,并引出了社会可接受死亡率的概念。通过算例分析可以发现,社会可接受死亡率的不同等级对最优设防烈度的确定具有决定作用,确定最优设防标准仅考虑经济效益是十分不全面的,还需要考虑人员伤亡的影响。

关于地震人员伤亡因素的探讨

地震灾害对人类生命安全的威胁十分巨大，本文对地震造成人员伤亡的因素进行了探讨。首先，分析了地震造成人员伤亡的原因及人员死亡的主要形式；接着，详细研究了影响人员伤亡数量的因素；最后，提出了减少人员伤亡应当采取的几种措施，为减轻地震灾害损失提供了依据。

村镇建筑基于性态抗震设防的地震保险费率厘定

针对目前城市和村镇地区采用统一抗震设防标准的现状,将村镇建筑分为农村、乡镇、县城3个层次,制定基于性态抗震设防标准并开展相应的地震易损性分析,进而计算典型砌体结构的离散化震害矩阵。通过考虑不同地区地震危险性特征的差异来计算地震危险性曲线,并分析不同层次村镇结构在将来地震中的可能经济损失,确定相应地震保险费率。通过对不同层次、不同设防标准的典型砌体结构地震保险费率的对比,验证了将村镇地区分3个层次并考虑不同地区地震危险性差异来研究地震保险费率的合理性。

建筑设备隔震技术在我国的研究与应用现状

将现有建筑设备隔震体系分成3类,分析了各类体系的适用范围、技术发展现状及其优缺点.对结构-设备复合体系的研究分析方法进行了归纳,介绍了各类分析方法的基本原理.分析了目前我国民用建筑内非中断性中枢运行设备隔震技术在装置开发、理论与试验研究、标准制定、应用推广方面存在的问题.提出了我国非中断性中枢运行设备隔震技术开展研究与应用中应解决的一些问题.

考虑橡胶支座随机性下隔震与非隔震近海桥梁地震易损性对比

针对目前在隔震桥梁地震易损性分析中隔震支座性能参数随机性研究薄弱、从失效概率的角度开展隔震与非隔震桥梁对比研究缺乏的现状,详细统计分析了橡胶隔震支座力学性能参数的不确定性,建立了近海隔震与非隔震桥梁非线性动力分析模型。在考虑支座参数、地震动及桥梁结构不确定性的基础上,利用拉丁超立方抽样分别生成90个结构-地震动样本对。利用Sap2000有限元软件对每个样本对进行非线性动力时程分析,通过对大量数据的回归分析,得到桥墩、支座的易损性曲线,进而对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析。结果表明:在同一破坏等级相同地震作用下,非隔震桥墩的失效概率大于隔震桥墩,非隔震支座破坏的概率大于隔震橡胶支座;采用隔震技术后,桥墩发生严重破坏和倒塌的概率极低,震后可修复的概率很大;而非隔震桥墩发生严重破坏的概率最大,说明其震后可修复的概率很小而产生不可修复损伤的可能性极大。

基于层次分析法的桥梁隔震橡胶支座型式检验评价体系

目前国家标准对桥梁隔震橡胶支座相关性等型式检验(简称型检)项目未给出定量判据,从而引起型检结果无法综合评判的问题。选用比较成熟的层次分析法来进行桥梁隔震橡胶支座的型检评价。构建了由目标层、准则层及底层指标构成的型检评价层次图;归纳整理了底层指标的评价标准;提出了底层指标层的评分原则、分级评分办法;确定了底层指标和准则层指标判断矩阵及权重,进而建立了完整的型检评价体系。以5家生产厂生产的相同型号的桥梁铅芯隔震橡胶支座型检结果为算例进行了综合评价对比。结果表明:型检结论与实际工程评价结果相吻合,验证了所建立评价体系的正确性和合理性。