黏滑摩擦的光滑化互补模型及其在摩擦摆隔震支座中的应用

为研究摩擦摆隔震支座在地震作用下的黏滑摩擦响应问题,提出一种处理非光滑黏滑摩擦问题的光滑化模型。首先,基于线性互补理论构建摩擦力余量和相对滑移速度的互补方程。其次,在短时区间内对相对滑移速度进行时间平均,利用时均滑移速度代替时变滑移速度重构互补变量,并将其转化为一组非线性互补方程,从而将非光滑的黏滑摩擦问题进行光滑化处理。随后,将摩擦摆隔震支座等效为一种考虑恢复力效应的2维摩擦耦合模型,结合所提光滑化模型进行地震响应分析,并与经典的Coulomb摩擦模型和LuGre摩擦模型进行了对比验证。研究结果表明,所提模型既能够在宏观上反映黏滑摩擦的stick-slip切换,同时还能实现非光滑问题的光滑化分析,避免在非光滑事件中频繁切换动力学模型。采用不同摩擦模型对摩擦摆隔震支座的地震响应进行计算,验证了所提模型的准确性和有效性。

形状记忆合金摩擦摆隔震连续梁桥性能提升分析

为提升摩擦摆支座隔震连续梁桥的抗震性能,提出了形状记忆合金摩擦摆(SMAFP)及隔震连续梁桥多目标参数优化方法.推导了SMAFP力学模型;基于OpenSees平台分别建立了摩擦摆支座与形状记忆合金索数值模型,并通过试验验证了数值模型的准确性,进一步建立了SMAFP的数值模型.基于此,选取某三跨隔震连续梁桥,采用所提出的优化方法开展SMAFP隔震连续梁桥隔震参数优化设计,并基于最优隔震参数进一步研究了优化方法的适用性与SMAFP隔震连续梁桥的抗震性能.结果表明:采用最优参数的隔震连续梁桥的支座残余位移显著减小,2组地震动作用下的减幅分别达47.1%和44.7%,主梁峰值位移减幅分别达7.8%和11.4%,墩底剪力与墩底弯矩最大增幅分别达8.8%和9.6%.

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。

摩擦摆隔震支座的框架结构抗震性能解读分析

本研究旨在解读摩擦摆隔震支座在框架结构中的抗震性能,重点关注其在建筑工程中的应用和效果。摩擦摆隔震支座作为一种先进的抗震技术,具有显著的意义,能够有效地隔离地震力,减少结构受震时的位移和损害,从而保护建筑免受重大地震影响。该技术的优势在于其独特的减震机制,它通过特定的设计能够显著降低建筑物在地震中的反应,增加结构的耐震性和稳定性。与传统抗震技术相比,摩擦摆隔震支座提供了更高效和经济的解决方案,尤其适用于高地震活动区域的建筑物。

大型变压器的基础隔震摩擦摆系统理论研究

为减轻大型变压器等变电设备的地震震害,建议采用摩擦摆隔震系统对大型变压器进行地震防护,开展相关的理论研究。该文阐述了摩擦摆隔震原理和影响摩擦摆摩擦性能的主要因素,综述了现有的摩擦摆系统力学模型和其性能,分析了在地震作用下摩擦摆隔震系统的地震响应,研究了摩擦摆隔震系统用于大型变压器等电力设备基础隔震的承载能力特性、导振性能、隔震性能、耗能特性和自复位性能。研究表明:摩擦摆隔震系统的隔震周期与隔震结构质量无直接关系,这种特性特别适用轻质量的变电站设备基础隔震;滑移面的滑移速度、压应力、温度都影响摩擦摆的摩擦性能;多维地震作用对摩擦摆隔震性能影响较大;摩擦摆隔震系统具有可靠的承载能力、隔震性能、耗能能力、导振性能和自复位能力。因此,摩擦摆系统用于大型电力变压器等变电站设备基础隔震是合适可行的。

基于能量的摩擦摆隔震结构隔震层最大变形计算方法研究

隔震技术是保证结构安全的有效手段。以摩擦摆隔震结构为例,提出了一种基于最大瞬时输入能量分析的隔震层最大变形计算方法。首先基于非线性单自由度模型验证了隔震层最大变形与最大瞬时输入能发生时刻的一致性,其次推导了隔震层的最大滑动位移与最大瞬时输入能段滞回耗能的关系,进一步确定了隔震层最大变形与最大滑动位移的比例,最终提出了基于最大瞬时输入能计算隔震结构隔震层最大变形的方法,通过案例分析验证了该方法的可行性。研究结果表明:隔震层的最大变形与最大瞬时输入能具有较高的相关性;隔震层在最大瞬时输入能段的滞回耗能与最大瞬时输入能的比值随着结构等效周期变大呈减小趋势;最大变形与最大滑动位移的比值可取0.55;基于能量法计算的隔震层最大变形与结构实际最大变形的误差在10%以内。

基于摩擦摆支座的高速铁路简支梁桥减隔震效果分析

为研究摩擦摆支座在高速铁路简支箱梁桥的减隔震效果,以24、32、40m典型跨径高速铁路简支梁桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元软件分别建立传统抗震体系和减隔震体系模型进行非线性动力时程分析,研究桥梁墩高、桥梁跨径和地震动峰值加速度(PGA)等因素对简支梁桥地震响应的影响。研究结果表明:桥墩墩高和截面形式对墩底内力和墩顶位移的减震效果有较大影响,但在5~20m墩高内受墩高的影响更为显著;墩高从5m增加到20m时,墩底内力减震率分别为80%、35%,墩高从25m增加到45m时,墩底内力减震率分别为46%、37%;桥梁跨径对结构减震率有一定影响,但在10%以内;PGA对墩底内力和墩顶位移的减震率总体上影响较小;墩高和PGA对FPB支座位移影响较大,PGA影响更为显著,支座位移增大倍数明显大于对应的PGA增加倍数。

摩擦摆支座对高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震分析

为研究摩擦摆支座(FPB)对地震下高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震作用,基于ANSYS和SIMPACK平台,建立了高速列车-多跨简支梁桥耦合系统的三维有限元模型.模型中采用104~#力元模拟FPB,将轨道不平顺和地震力作为耦合系统的激励,开展了FPB对地震荷载下车-简支梁桥耦合系统的减隔震研究.结果表明,在El Centro地震波作用下,车-桥系统的动力响应随着车速、地震强度、墩高度的增大而增大.地震强度小于0.12g时,FPB能减小车-桥系统除墩顶横向加速度以外的其他动力响应,车速越大、墩身越高, FPB的减振效果越显著;地震强度大于0.12g时,FPB会增大车桥系统的动力响应.建议在高速铁路简支梁桥减隔震设计中,墩高不宜超过16 m,摩擦摆支座的参数应根据具体桥梁进行选择.

基于摩擦摆支座的核安全壳结构隔震效果研究

核安全壳是防止核裂变产物泄漏的最后一道屏障,属于I类抗震物项,但近些年以日本福岛地震为代表性的超设计基准地震频发,故安全壳的抗震性能值得关注。基底隔震可以有效降低结构的地震响应,摩擦摆隔震支座因其优良的隔震性能已被广泛应用于桥梁、房屋建筑中,但目前尚未有核安全壳的应用实例。为此本文基于ANSYS有限元软件建立摩擦摆支座隔震和非隔震安全壳结构整体模型,通过输入相同地震动对比分析核安全壳结构的频率、位移、加速度以及剪力等指标,研究摩擦摆支座在核安全壳结构隔震中的应用可行性。分析结果表明:隔震结构基本周期相比不隔震结构显著提高,且隔震结构的层间相对位移、加速度和剪力值等指标均小于非隔震结构,进一步说明隔震支座有利于提高核安全壳的抗震性能。

基于3D-BASIS-ME摩擦摆隔震系统隔震效果分析

摩擦摆隔震系统(FPS)由于其独特的结构形式,具有限位、自动复位以及通过滑动摩擦消耗地震能量等优点,能有效地减少地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显,因此近年来得到广泛的应用。为了更深入地研究摩擦摆隔震系统的隔震效果及其影响因素,基于摩擦摆隔震系统的基本特性与隔震机理,利用隔震计算专用软件3D-BASIS-ME对隔震框架结构在不同地震波作用下的隔震效果进行了分析计算,与文献试验结果进行对比,发现数值结果与试验结果吻合良好,从而验证了3D-BASIS-ME软件计算的准确性与可行性,在此基础上对不同合成刚度的摩擦摆隔震系统的隔震效果进行数值分析,并确定了隔震效果最佳时,隔震系统的刚度范围,其结论可为实际工程的设计提供参考。

超大跨连续梁桥摩擦摆支座隔震性能研究

为了研究大跨度连续梁桥采用摩擦摆支座的隔震性能,以福州市某主桥为七跨钢-预应力混凝土混合连续梁桥为工程背景,通过有限元软件SAP2000建立了空间动力模型,采用非线性时程分析方法,研究了摩擦摆支座对超大跨连续梁桥的减震效果。结果表明,采用摩擦摆支座可以减小结构基频及大大降低固定墩的地震响应,提高结构抗震性能,并且在主跨桥墩上布置摩擦摆支座是经济合理的,可为同类型桥梁的隔震措施设计提供参考。

橡胶支座隔震与摩擦摆支座隔震效果的对比研究

为了对比研究摩擦摆支座、橡胶支座对建筑结构的隔震效果,采用通用有限元软件ETABS建立一栋5层框架结构作为计算模型,基于非线性动力时程分析方法,考虑摩擦摆支座滑动摩擦系数和曲率半径的不同组合,从隔震结构自振周期,隔震支座位移、减震系数和层间位移角方面评估了两种不同产品类型的隔震效果;最后对比了支座隔震性能与外形尺寸。数值模拟结果表明:通过调整摩擦摆支座设计参数,能实现与橡胶支座相当甚至更优的隔震效果,且摩擦摆支座外形尺寸较小,为支座安装提供了充足的空间。

基于摩擦摆减隔震支座的上跨铁路专用线的梁桥减隔震效果分析

为了对宿迁市港城路上跨铁路专用线采用(30+2×50+30)m连续箱梁桥进行抗震设计,本文利用Midas Civil软件同时建立采用不同支座工况下有限元模型进行桥梁结构抗震计算,对大跨径连续箱梁的支座位移和桥墩基础内力计算结果如下:(1)摩擦摆减隔震支座可以有效延长桥梁结构自振周期,所有墩共同承担地震荷载,桥梁整体结构抗震性能有很大提升;(2)非减隔震支座在进行延性设计时,固定墩内力、墩顶位移和墩底剪力均较大。从上述结果得出摩擦摆减隔震支座对桥梁结构地震响应作用很明显,主要体现在地震作用下桥墩和桩基础均处于弹性状态,同时墩梁相对位移也在合理范围内。因此在大跨径连续梁桥抗震设计中选用摩擦摆减隔震支座具有明显优势。

变曲率摩擦支座摆隔震技术的理论研究与试验分析

为了验证变曲率摩擦摆支座的减隔震效率,通过Abaqus有限元分析,系统对比研究了等曲率摩擦摆支座和变曲率摩擦摆式支座的力学性能差异,并通过振动台试验证明,变曲率摩擦摆支座的减震效率较等曲率支座能提高约7%~23%。针对目前常用设计软件无法模拟变曲率摩擦摆支座的问题,提出了一种“双线性折线模型”的等效模拟方法,通过详细分析计算其滞回特性,验证了该等效模拟方法的可行性。

转体连续梁桥摩擦摆支座减隔震性能研究

穿越既有交通线路时,转体桥梁因对交通运营影响较小而被广泛应用,其抗震性能也备受关注。本文以一座2跨转体连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对比分析摩擦摆支座和非隔震普通滑动支座引起的转体桥梁抗震性能的差异。研究结果表明:摩擦摆支座能够大幅降低桥墩和桩基内力响应,耗能隔震效果优良;E2地震水准下,主墩内力响应远大于边墩;摩擦摆支座对转体主墩抗震性能的提升作用较边墩更明显;纵桥向地震作用下,摩擦摆支座有着更好的减震效果。

摩擦摆隔震支座滑动材料摩擦特性试验研究

摩擦摆隔震支座中滑动材料的摩擦特性对支座隔震耗能起着关键作用。采用摩擦材料试验机,通过控制变量法,对目前常用的4种滑动耐磨材料聚四氟乙烯(PTFE)、改性聚四氟乙烯(M-PTFE)、改性超高分子量聚乙烯(M-UHMWPE)以及新型改性高分子量达克纶(HSM)开展试验,系统研究了正压应力、滑移速度、温度、对磨件粗糙度、长期磨耗对材料摩擦特性的影响规律,比较分析了4种材料的性能优劣点,为明确其不同服役环境提供了参考依据。

变系数摩擦摆系统的隔震研究

基于摩擦摆隔震结构的振动微分方程 ,将摩擦摆系统的滑动摩擦系数作为速度的函数 ,通过数值模拟研究了摩擦摆系统参数对结构最大地震响应的影响。结果表明 ,摩擦摆具有良好的隔震性能。

摩擦摆隔震系统在地震作用下的数值模拟与分析

摩擦摆隔震支座由于其良好的隔震性能,在国外被大量应用于各类建筑结构中,而国内对于摩擦摆的研究和应用还相对较少。本文应用美国纽约州立大学Buffalo分校开发的3D-BASIS-ME程序,结合同济大学摩擦摆隔震支座模拟地震振动台试验结果,对摩擦摆隔震系统在地震作用下的数值模拟问题进行了探讨,详细讨论论摩擦摆隔震系统参数的取值方法,并完成了摩擦摆隔震系统的建模分析,数值仿真分析结果与试验结果吻合良好,表明隔震系统参数选取合理,3D-BASIS-ME软件能很好地模拟摩擦摆隔震系统在地震作用下的力学行为。

摩擦摆支座在单层球面网壳结构隔震控制中的参数分析

为研究摩擦摆支座(FPS)的参数对网壳结构隔震性能的影响,将其应用于单层球面网壳,给出了摩擦摆支座隔震网壳的运动方程.对工程中常用的单层球面网壳的地震响应进行了时程分析,通过改变输入地震动的强度,较为全面地分析了摩擦摆支座的滑动面摩擦系数和球面滑动半径的变化对隔震结构的隔震层位移和节点加速度的影响,总结了隔震结构的地震响应随滑动面摩擦系数和球面滑动半径的变化规律,为摩擦摆支座在网壳结构应用中的参数选取提供了参考依据.