Numerical Analysis of Seismic Elastomeric Isolation Bearing in the Base-Isolated Buildings

Base isolation concept is currently accepted as a new strategy for earthquake resistance structures. According to different types of base isolation devices, laminated rubber bearing which is made by thin layers of steel shims bonded by rubber is one of the most popular devices to reduce the effects of earthquake in the buildings. Laminated rubber bearings should be protected against failure or instability because failure of isolation devices may cause serious damage on the structures. Hence, the prediction of the behaviour of the laminated rubber bearing with different properties is essential in the design of a seismic bearing. In this paper, a finite element modeling of the laminated rubber bearing is presented. The procedures of modeling the rubber bearing with finite element are described. By the comparison of the numerical and the experimental, the validities of modelling and results have been determined. The results of this study perform that there is a good agreement between finite element analysis and experimental results.

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。

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。

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。

竖向地震动对斜交连续梁桥的影响研究

为充分了解竖向地震动对斜交连续梁桥的影响,以某3×30m斜交连续梁桥为背景,利用OpenSees软件建立考虑碰撞效应的计算模型,采用时程分析法对比研究了在两种地震动(水平双向地震动和三向地震动)输入工况下对桥梁支座、碰撞效应,以及桥面位移、桥面转角的影响。分析结果显示:考虑竖向地震动后,全桥支座的纵、横向剪切力均有增长,各支座竖向力的变化幅度均很明显,尤其以桥台处支座最为显著;桥台处支座更容易出现剪切、挤压破坏或脱空;由于竖向地震动作用,支座的临界剪切力增大,使其约束作用增强,导致桥面纵、横向位移减小,主梁与桥台、挡块之间的碰撞效应明显减弱,桥面的旋转程度呈现较大降低。

基于频率的叠层橡胶隔震支座损伤识别研究

提出一种基于自振频率的叠层橡胶隔震支座的损伤识别方法。通过叠层橡胶隔震支座的周期结构特性,利用周期结构特征波导纳法,推导自振频率与基本周期单元整体剪切模量变化之间的关系,建立自振频率变化率对单元损伤的敏感性识别方程组,并采用约束优化方法求解该识别方程组,实现基于自振频率变化的叠层橡胶隔震支座的损伤识别。算例模型考虑了上部结构对底层橡胶支座的影响,使计算模型更加符合工程实际。通过三维有限元数值仿真分析验证了本文所提损伤识别方法的有效性和精确性。

叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置隔震(振)效果研究

为解决传统水平隔震支座难以实现竖向减振的难题,研发叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置,提出新型振震双控装置的设计原理及装配方法,结合振动台试验与有限元分析验证该装置的隔震性能,并通过数值仿真分析讨论其竖向减振效果。结果表明:由钢弹簧、摩擦滑移支座和叠层橡胶组成的新型振震双控装置,具有水平和竖向刚度低,抗倾覆能力强的优点;地震动作用下,水平向加速度峰值降低达80%;地铁竖向振动作用下,减振双控装置上部结构的加速度响应减小90%,分频最大振级减小19.93 dB。

墩高对应用LNR支座简支梁桥抗震性能的影响

LNR水平力分散型橡胶支座以低剪切刚度适应大剪切位移,实现桥梁下构水平力分散,协调墩台抵抗水平力。为研究LNR支座在不同墩高桥梁上的抗震性能,以板式橡胶支座为参照,以标准跨径为40 m的多跨公路简支梁桥为对象,在不同墩高范围对采用2种支座的桥梁进行动力分析,并对比结构动力响应,评估LNR支座的抗震性能。结果表明,相对于板式橡胶支座,LNR支座能延长结构的自振周期,降低桥梁地震内力。随着墩高增加,LNR支座在纵向地震下的优势显著下降,在横向地震下的优势下降不明显,采用LNR支座的桥梁内力能力需求比也逐渐下降。综合考虑,高墩桥梁采用LNR支座的优势并不明显。

考虑多因素影响的板式橡胶支座桥梁主梁支承长度计算方法研究

为了研究板式橡胶支座桥梁抗震支承长度的需求,针对典型公路混凝土梁桥,考虑强震作用下板式橡胶支座的滑动效应、工程场地类别、抗震设防烈度、曲率半径的影响,分析了地震作用下墩梁相对位移峰值的变化规律,建立了桥梁结构不同基本周期时墩梁相对位移的包络图,提出曲线梁桥墩梁相对位移放大系数建议值;考虑主梁的二次跌落效应、板式支座倾覆稳定性的影响,提出了考虑多种影响因素的板式橡胶支座桥梁主梁支承长度的计算方法,并与各国抗震规范进行对比,分析了所提计算方法的合理性。该计算方法可以对桥梁抗震支承长度的设计起到一定的参考作用。

大中孔隔震橡胶支座竖向刚度试验研究

分别对有效直径相同的天然橡胶支座(LNR)、铅芯橡胶支座(LRB)及尚未放入铅芯的铅芯橡胶支座(简称大中孔支座)进行了竖向压缩试验。由试验结果计算得到竖向压缩刚度进行比较,分析了三种试件实测值的差异性。结果表明,在设计基准面压力作用下,大中孔天然橡胶支座的竖向刚度与支座的第一形状系数和中孔约束作用影响有关。大中孔支座的竖向刚度介于相同有效直径的铅芯橡胶支座和天然橡胶支座之间,其中内部橡胶层的初始刚度也介于两者之间。

某病房楼隔震设计及抗震性能分析

以某病房楼实际项目为例,介绍了《隔标》下采用整体分析方法进行隔震结构设计的流程及隔震支座的选型,阐述了构件性能目标及其设计方法,隔震支座恢复力、抗倾覆、拉应力验算注意事项;采用PKPM软件建立三维仿真模型,分析了中震下隔震结构和非隔震结构的地震响应,采用SAUSG软件进行大震下的结构弹塑性分析。分析结果表明,通过设置隔震层,结构周期大幅延长,有效的降低了上部结构的层间剪力、层间位移角,通过隔震层的大幅变形进行地震能量的耗散,上部结构在中震下处于弹性状态,在大震下处于轻微损伤—中度损伤范围,符合预期的性能目标,可为工程实践及理论研究提供参考。

隔震结构高宽比及支座竖向力分析

采用基于一阶振型的简化设计方法,推导出竖向地震、水平地震、重力荷载下支座竖向力计算公式,得出边支座拉应力和压应力的控制荷载组合,并讨论了支座竖向力、结构周期、场地类别、设防烈度、支座布置对隔震结构高宽比限值的影响。结果表明:(1)减少宽度方向的支座排数,可以降低罕遇地震下隔震结构支座拉应力;(2)重力荷载下支座压应力小于某界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下拉应力控制;大于界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下压应力控制,该界限点与特征周期以及上部结构特性相关;(3)隔震结构周期变长,高宽比限值会相应提高,合理选择隔震层刚度,可以将隔震技术用于高宽比较大的建筑。

考虑支座摩擦滑移的高墩弯桥地震响应分析

为研究高墩弯桥在考虑支座摩擦滑移后地震响应的特点和规律,采用Midas civil软件建立了2联连续弯桥有限元模型。基于板式橡胶支座的双折线恢复力模型,研究了支座剪切刚度对地震响应的影响规律。研究结果表明:考虑支座的摩擦滑移效应后,墩顶最大位移减小了5.5%,墩底最大弯矩减小了4.7%,墩底最大剪力增大了27.1%;随着支座剪切刚度的增加,墩底弯矩和墩顶纵向最大位移先增大后减小,墩底剪力和梁体纵向最大位移逐渐减小。

板式橡胶支座地震易损性分析

以一中等跨径连续梁桥为研究对象,建立了橡胶支座的滞回特性曲线以及全桥非线性动力分析模型.从太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库中选取100条地震波,进行了一系列非线性时程分析,得到了橡胶支座的位移反应.根据基于性能的抗震设计思想和地震易损性分析理论,提出了板式橡胶支座4种不同损伤状态损伤指标的确定方法,并由此拟合了谱加速度与支座相对位移延性比之间的关系.基于传统可靠度概率方法,建立了橡胶支座的易损性曲线.分析结果表明,支座在地震作用下的易损性较其他构件更严重,且桥台支座比桥墩支座更容易遭受损坏;增加支座橡胶层厚度或改用聚四氟乙烯滑板支座能很好地改善桥台支座的抗震性能.

地震作用下板式橡胶支座滑动的动力性能分析

采用双向滑动支座模型对城市立交桥板式橡胶支座抗滑性能不满足要求、发生滑动时的动力性能进行了分析。通过对单墩模型和一条全线简支梁实际结构的分析,初步得出了板式橡胶支座发生滑动时动力特性的规律以及对结构的影响。

1200型大直径建筑叠层铅芯橡胶隔震支座性能研究

对隔震建筑采用1200型大直径叠层铅芯橡胶隔震支座进行了力学性能研究,并对其实施了系统性能试验.研究其竖向压缩性能、水平剪切性能、阻尼比和水平极限变形性能,指出竖向压力及水平剪切变形对大直径1200型隔震支座的性能影响.同时使其与Φ1100mm、Φ1000mm及Φ600mm型叠层铅芯橡胶隔震支座进行了对比分析.研究结果表明,中国生产的大直径1 200 mm型叠层铅芯橡胶隔震支座力学性能稳定可靠,可在实际工程中推广应用,并为高层建筑结构的隔震减震控制提供设计依据.

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％一110％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．

新型纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座力学性能试验研究

本文研究开发了一种适用于经济欠发达地区的低造价新型隔震装置———纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座(SFRPB)。这种新型隔震支座选用不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料板代替普通叠层橡胶隔震支座中的钢板,使之具有重量轻,造价低,性能好,隔震效果明显,运输和施工安装方便的优点。本文对SFRPB支座进行了压缩特性、极限压缩性能、剪切特性、剪切应变相关性及轴向面压相关性等力学性能试验。研究表明:不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料板满足隔震支座对加劲材料力学性能的要求,可作为加劲板替代普通叠层橡胶隔震支座中的钢板。SFRPB支座性能稳定,竖向刚度远大于水平向刚度,是一种理想的隔震装置。

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上,提出了板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法,对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响,作了大量的参数分析,给出了参数的合理取值范围。研究结果表明,组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。

大直径夹层橡胶隔震装置力学性能试验研究

对我国生产的直径800mm的铅芯夹层橡胶隔震装置,即800型隔震装置进行了力学性能试验,研究内容包括隔震装置的水平剪切性能和竖向压缩性能。文中还给出了水平剪切变形及竖向压应力对800型隔震装置力学性能的影响,并与300型铅芯夹层橡胶隔震装置进行了对比分析.研究结果表明,800型隔震装置具有稳定可靠的力学性能。