工程结构中新型减隔震支座的研究综述

多次震害经验表明,通过在上部结构和地基之间设置减隔震支座,利用橡胶垫的变形使上部结构的振动周期延长,利用钢构件的屈服或者滑动摩擦耗能来达到消能减震的目的,是一项有效的防震减灾措施。论文从减震机理、性质及应用等方面系统阐述和总结了拉索减震支座、叠层橡胶支座、球形抗震支座以及若干新型减震支座的研究成果,对未来新型减隔震支座的研究方向进行了展望。

桥梁磁流变隔震支座实桥减震性能分析

在桥梁结构设计与建设中,利用减隔震支座来避免或减小地震对桥梁支座结构的损害是一种常用的方法,常见的桥梁减隔震装置有阻尼器、减隔震支座及减隔震伸缩装置等。其中,减隔震支座能很好地支承桥梁结构,为其提供水平方向的柔度,尽可能减小桥梁结构对地震能量波的响应,从而达到抗震效果。本文分析磁流变减隔震支座这一新型减隔震装置的减震性能。

可考虑温致位移时滞的大跨桥梁支座劣化预警技术

为实现对大跨桥梁支座性能劣化的准确判别,提出了一种考虑温致位移时滞的大跨桥梁支座性能劣化预警方法.首先,分析了温度效应下支座滑动的力学行为,揭示了支座性能劣化前后温致位移的变化特征;其次,建立了可考虑温致位移时滞的门控循环单元GRU网络模型,对支座温致位移进行预测,并提出了可剔除温度效应影响、凸显支座性能劣化的温致位移预测残差TDPE预警指标;最后,基于某大跨桥梁的监测数据,验证所提方法的有效性.结果表明:GRU网络模型可以自适应剔除支座温致位移的时滞效应,对支座位移具有较高的预测精度,预测误差在5 mm以内;TDPE预警指标可以实现支座温致位移4 mm以上的异常增量预警.

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。

基于刚度矩阵分析法的变刚度橡胶支座力学性能研究

在橡胶支座力学行为基础上提出了一种适合隔离三维地震或竖向振动的新型变刚度橡胶支座,并阐述了能解决变刚度支座非均质体力学问题的刚度矩阵分析法。首先,基于常用橡胶支座解析解和压剪试验的非线性响应分析,采用刚度矩阵分析法对该支座进行计算,其结果和试验值高度一致验证了该方法计算精度较高。接着,对比三种支座结果:在相同外部荷载和材料参数下,厚层支座力和变形最大,变刚度支座和普通支座力和变形显著低于厚层支座;不同轴压下,P-Δ效应表现为厚层支座力和变形及水平刚度受轴压影响最为显著,而变刚度支座与普通支座受轴压影响较小。通过算例表明,可通过调整变刚度支座实现竖向刚度的优化。综合而言,变刚度支座对力和变形的承载能力较好,为三维隔震(振)提供了一种简单实用的解决方案。

公路梁桥支座脱空度预测模型及优化算法应用研究

桥梁支座脱空度是桥梁结构的常见病害,对桥梁的安全性和使用寿命产生严重影响。因此,准确获取支座的脱空信息成为一个重要的研究课题。该研究提出了一种两阶段的支座脱空检测方法,第一阶段,基于柔度矩阵对角差值比指标(flexibility diagonal matrix change rate,FDMCR)实现脱空支座定位,第二阶段采用BP(back propagation)神经网络进行支座脱空度的预测。研究针对单跨简支梁桥和三跨连续梁桥,通过有限元模拟实现了梁桥理论振型、自振频率的获取,并利用激光多普勒测振系统对室内单跨梁桥开展模态测试,获取实测数据,验证了所提方法的可行性。此外,针对单跨梁桥,分析了单目标粒子群优化算法、混合蛙跳算法、人工蜂群算法(artificial bee colony,ABC)优化算法和多目标非支配排序遗传算法(NSGA-II)优化所构建BP模型的效果。研究结果表明,两阶段的方法可以有效地实现脱空定位和脱空度预测,而优化算法则能够提高预测模型的预测效果,尤其是ABC算法在单跨梁桥脱空度预测模型上表现出更低的预测误差,同时基于支座位置属性构建多目标函数能够缓解单目标中各支座预测效果不均匀的问题。该研究对于预测公路梁桥支座脱空度具有重要的实际意义,并为类似问题的解决提供了新的思路和方法。

臂式离心机机室空气内摩擦功率及支座摩擦系数的实验反演分析

为了提高臂式离心机驱动功率的预估精度,对工程解析计算方法中几个前提参数(即机室空气内摩擦发热消耗功率与总风阻功率之比C_(1)、机室内空气从出风口自然流出的线速度与其环向线速度之比C_(2)、支座的摩擦系数f_(e))的确定方法进行了研究。首先,针对一台臂式离心机以四种不同转速稳定运行的状态,利用离心机控制系统,读取了四组驱动电枢电压U和电枢电流I数据,采用三杯仪测试了四个空气从出风口流出的线速度V_(0)数据;然后,根据离心机风阻功率、排风功率和支座摩擦功率的解析理论表达式、能量守恒原理,建立了含待定系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的关于U、I和V_(0)的求解方程,并将四组实测数据U、I和V_(0)代入所建方程,得到了关于系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的求解方程组;最后,将所得C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的值用于计算另一台类似臂式离心机的驱动功率。研究结果表明:所得驱动功率的计算结果比实测结果大2.23%,而以前依据经验取定C_(1)、C_(2)和f_(e)时的计算结果比实测结果小6.30%。对应用实例的综合分析表明:所建方法可弥补这些参数在以前的工程计算中,其取值缺乏实验依据的不足,提高这些参数的取值准确性和臂式离心机驱动功率的预估精度。

汽车发动机支座支架冲压成形工艺参数的优化

汽车发动机支座支架属于汽车覆盖件的一种,它关系着发动机能否正常平稳工作。在冲压成形的过程中十分容易产生起皱、破裂、回弹和变薄等缺陷。基于这些问题,本文首先确定冲压工艺方案,采用Dynaform有限元方法,建立其有限元模型,研究其冲压成形时应力应变状态,厚度变化与成形质量的关系,通过成形极限指标进行预成形质量评估。通过正交实验找到冲压成形的工艺参数的最优值,以最大减薄率和最大增厚率作为优化指标,然通过成形极限指标对优化后的成形质量进行了评估,最后将优化前后冲压成形的成形质量进行了对比分析,进行调整各种参数得到优化的方案,为实际应用时冲出合格产品做参考。

隔震支座安装在混凝土框架结构中的应用技术研究

本研究旨在探讨隔震支座在混凝土框架结构中的应用技术,以为工程实践提供指导。研究方法包括对隔震支座的工作原理、设计计算方法、施工质量检测以及实际性能进行阐述和评估。结果表明,隔震支座通过内部高弹性橡胶材料提供水平位移自由度和垂直承载能力,有效减小了结构的震动响应。参数设计计算确保支座性能符合要求,严格的施工质量检测保证了支座的正确安装。实际测试结果显示,支座的位移、承载力和阻尼性能均达到了设计指标。隔震支座是提高混凝土框架结构抗震性能的有效技术手段,需要精心设计、严格施工和定期维护,以发挥其隔震、减震作用,保障建筑结构的安全稳定。

摩擦阻尼器组合支座的隔震优化对比

为解决一种摩擦阻尼器组合隔震支座的有效性及计算方法的问题,研究了用于结构设计有限元建模的组合元件计算模型,包括水平向、竖向刚度和滞回模型。使用有限元软件SAP2000,对比研究了布置有该组合支座的优化隔震方案和传统橡胶支座的隔震优化方案在高宽比不同的高层框架剪力墙筒体结构的抗震性能。结果表明:与传统隔震支座方案相比,组合隔震支座隔震方案可适当延长结构自振周期,减小隔震层侧移,有效降低支座拉应力,提高支座的抗倾覆能力和支座耗能,还可有效降低上部结构的层间剪力及侧移等地震响应,证明组合隔震支座方案较传统隔震支座方案综合性收效明显。

桥梁板式橡胶支座开裂力学性能

为了研究板式橡胶支座开裂后的力学性能,为桥梁的养护和设计提供更科学的依据,进一步明确支座开裂后裂缝宽度、深度以及裂缝深度对支座力学性能的影响;针对公路桥梁板式支座开裂的问题,利用大型有限元分析软件,建立了不同裂缝宽度、深度和不同开裂层数等多种病害工况下的有限元模型,构建了支座开裂与支座性能衰减间的关系,并对支座在不同病害程度下的力学性能进行了对比分析。结果表明:裂缝宽度较小且开裂层数较少时,开裂对支座受力性能影响很小;当裂缝宽度小于2 mm,裂缝层数小于3层时,对支座竖向位移影响较小,但对支座橡胶最大拉应力和钢板应力影响较大;当裂缝宽度大于2 mm后或支座开裂层数大于3层,对支座的受力性能影响较大。建议将裂缝宽度小于0.5 mm,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅱ级;将裂缝宽度在0.5~1 mm之间,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅲ级;裂缝宽度在1~2 mm之间,裂缝层数小于2层,支座病害等级定为Ⅳ级;裂缝宽度大于2 mm或支座开裂大于3层,支座病害等级定为Ⅴ级,该分级建议可为桥梁板式橡胶支座相关评定标准修订提供参考。

新型磁流变隔震支座的力学动态性能研究

永磁体可对磁流变隔震支座提供一个初始磁场,设计一种利用永磁体和电磁线圈形成混合磁场功能的新型隔震支座,线圈产生的磁场调节永磁体的磁场以改变磁流变弹性体层的刚度,实现隔震支座的可变刚度性能。利用ANSYS Electronics软件对隔震支座进行仿真分析,模拟出不同电流强度下试验装置内部的磁感应强度、绘制其磁通量密度云图并计算其饱和点。制备羰基铁粉体积分数为23%的磁流变弹性体,研究隔震支座试验过程中励磁电流强度、剪切幅值及激振频率对其剪切性能的影响。结果表明:隔震支座的刚度随控制线圈电流增强而实时降低,实现磁流变弹性体隔震支座的变刚度特性;刚度软化条件下励磁电流强度、剪切幅值及激振频率对磁流变弹性体隔震支座等效刚度及等效阻尼具有显著影响。

基于多输入卷积神经网络隔震支座沉降识别

为了避免地基不均匀沉降导致隔震支座沉降以及对上部结构造成的隐性损伤,针对隔震支座沉降识别方法进行研究,提出一种基于多输入卷积神经网络(multi-input convolutional neural network,MI-CNN)的隔震支座振动信号识别模型。首先,采集隔震支座水平方向加速度和位移信号,采用归一化预处理和数据增强方法扩充样本;然后,将样本输入到所建立的网络模型中并进行训练;最后,利用完成训练的网络模型进行沉降识别。结果表明:相较于传统单输入卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)模型,MI-CNN模型易于训练,可最大程度地发挥CNN对沉降信号特征的提取能力,且具有更好的沉降位置识别准确率和更小的沉降程度识别误差,以及针对不均衡数据集更稳定的识别效果。研究结果可为隔震支座沉降识别提供新思路。

支座脱空对拼宽空心板桥协同工作性能的影响

空心板桥是目前中小跨径桥梁应用最广泛的桥型之一,而支座脱空是该类桥梁较突出的病害,会导致桥梁受力体系发生改变,对空心板、铰缝及拼宽湿接缝产生不利影响,严重者会发生开裂甚至破坏。针对此问题,文章分别从不均匀沉降对支座受力的影响、支座脱空对桥梁结构受力的影响及提升措施展开研究。结果表明:拼宽桥不均匀沉降会导致支座受力不均甚至脱空;部分支座脱空会加剧其余支座受力不均,使其脱空或被压坏,并且增大空心板、铰缝和拼宽湿接缝的横向拉应力,可能导致开裂;减小支座的竖向刚度可改善支座反力的分布,控制支座脱空现象的发生。

钢板削弱型叠层橡胶支座力学性能试验研究

结合厚层橡胶支座和普通叠层橡胶支座的优点设计新型钢板削弱型叠层橡胶支座,通过调节环形钢板的总数和位置进行支座水平和竖向刚度的有效控制.选择3种中心橡胶层厚度的钢板削弱型叠层橡胶支座,分析所设计支座的滞回特性、刚度特性和耗能特性.基于串-并联模型,构建水平和竖向刚度的计算模型.试验结果表明,相比普通叠层橡胶支座,钢板削弱型叠层橡胶支座的水平和竖向刚度更低,水平和竖向耗能比更高,滞回曲线更光滑饱满.所建模型的计算结果与试验结果的一致性较好,误差绝对值不超过10%.所建模型在评估钢板削弱型叠层橡胶支座的水平和竖向刚度方面具有较高的精度和适用性.

电磁吸盘-摩擦摆复合隔震支座理论分析与试验研究

为解决摩擦摆支座在外部荷载激励下不具备抗拔性的缺点,基于电磁原理和半主动控制思想,提出了一种以电磁力为基础,结合传统摩擦摆的电磁吸盘-摩擦摆复合隔震支座(Electromagnetic Chuck-Friction Pendulum System,ECFPS)。介绍了该复合隔震支座的构造特点和耗能机制,并基于电磁原理推导出电磁吸盘吸力以及ECFPS的等效刚度、周期和等效阻尼比等理论公式,建立了ECFPS计算模型。设计并制作了一个缩尺比为1∶3的ECFPS试件,对不同输入电流、竖向荷载和不同位移幅值下的滞回性能进行了试验研究,探究了不同输入电流对抗拔性能的影响。试验结果表明:理论值与试验值吻合度较高,验证了理论公式推导的正确性;等效刚度和单位循环耗能变化明显,两者最大变化幅度分别为19.81%和28.16%;随着电磁吸盘输入电流的增大,ECFPS支座的抗拔性能提高,实现了支座竖向抗拔的功能。

基于统计指标的曲线桥支座脱空病害识别方法

为快速评估曲线连续梁桥支座健康状态,提出了基于时程统计指标的桥梁支座脱空病害识别方法。首先,提取行车激励下桥面测点加速度信号的20个时程统计指标,通过概率统计的方式,得出各统计指标的置信区间;其次,根据各时程统计指标对支座脱空的敏感程度不同,采用熵值法确定各统计指标的权重分配值;最后,根据各测点异常指标数计算损伤指数,综合判断测点附近支座是否出现脱空病害。为验证方法的有效性,以某3×25 m曲线连续梁桥为工程背景,建立车桥耦合动力学模型进行分析验证。结果表明:该方法可以准确识别脱空支座所在位置,并且可以有效识别较小的损伤;相比于中间支座脱空,时程统计指标对端支座脱空更为敏感。

基于磁悬浮理论的自适应抗拔摩擦摆隔震支座力学性能研究

为解决摩擦摆隔震支座抗拔能力不足的问题并优化其隔震性能,将传统的摩擦摆支座(FPB)和半主动控制思想相结合,提出一种自适应磁悬浮抗拔摩擦摆隔震支座(AMFPB)。基于磁路理论进行理论分析,推导出U型电磁铁的电磁力公式,以及AMFPB刚度、周期和等效阻尼比计算公式;对U型电磁铁进行位移-电磁力试验分析,建立AMFPB有限元模型,并对不同位移幅值、不同电磁铁匝数和输入电流下支座的滞回特性和抗拔性能进行分析。研究结果表明:U型电磁铁的位移-电磁力试验结果与理论结果吻合度较好,计算得到的AMFPB滞回曲线与数值模拟结果基本相同。AMFPB随滑动位移的增加可调节自身的刚度及耗能,有利于支座位移的控制。

高竖向承载力MRE支座的试验和力学模型研究

磁流变弹性体(magneto-rheological elastomer,MRE)隔震支座竖向承载力低,竖向荷载对支座力学性能影响显著,限制了MRE支座的工程应用。通过增设竖向连杆承担竖向荷载,永磁铁提供恒定磁场,研发了MRE片与钢板交替叠合、剪切刚度双向可调的隔震支座。采用有限元方法分析了MRE片厚度、永磁铁厚度和永磁铁放置位置等对支座磁路的影响,设计制作了芯体直径为60 mm,由26片MRE和25片钢板组成的MRE叠层隔震支座。开展了不同频率、振幅、电流大小和配重下支座力学性能试验,基于试验结果,采用粒子群算法对支座的Bouc-Wen模型进行参数识别,建立了支座的Bouc-Wen模型。结果表明,所设计的MRE支座竖向承载力高,力学性能稳定,Bouc-Wen模型可以准确地描述支座的滞回特性,拟合数据与试验结果吻合较好。

自然老化服役后板式橡胶支座摩擦滑移性能试验研究

为了解自然老化服役后板式橡胶支座的摩擦滑移性能,取实际桥梁中服役10年的7个板式橡胶支座进行摩擦滑移试验,分析不同竖向压应力下支座摩擦滑移规律,研究自然老化板式橡胶支座的水平弹性刚度、摩擦系数及耗能能力等,并对比人工热老化支座的相关性能。结果表明:相同服役年限的自然老化板式橡胶支座老化程度并不相同;自然老化板式橡胶支座摩擦系数随着竖向压应力的增大而减小,水平弹性刚度随着竖向压应力的增大而增大;压剪作用对老化板式橡胶支座的耗能能力影响较小,但需要注意累积的摩擦滑移会使支座耗能能力降低。自然老化板式橡胶支座(试验值)相较于未老化支座(理论值)的表面摩擦系数有所降低,但水平弹性刚度明显增大;自然老化板式橡胶支座水平弹性刚度增大幅度远高于人工热老化的板式橡胶支座,人工热老化研究严重低估了自然老化对板式橡胶支座的危害。