基于STP的柱下新型隔震装置隔震特性研究

为解决废旧叠层轮胎垫(STP)隔震体系在村镇建筑使用中,缺少柱下STP隔震装置,限制其在村镇建筑中推广应用这一问题,设计一种基于STP的柱下新型隔震装置。对截面尺寸为100mm×100mm、140mm×140mm、180mm×180mm,高度72mm的STP在压应力4MPa、5MPa、6MPa下进行低周往复试验,结合隔震机理、破坏特征、承载力衰减、刚度退化、等效阻尼比等变化特性,研究此柱下新型隔震装置的隔震失效机理、滞回耗能特性。结果表明:此新型隔震装置中STP在不同设计压应力、截面尺寸下均有稳定的耗能能力;在水平位移±20mm下,挤压测STP内部钢丝网与橡胶脱离分开,其承载力在不同参数设计下衰减较为明显;在截面尺寸140mm×140mm、压应力5MPa作用下,新型隔震装置各项滞回耗能特性均无显著变化,建议将此参数设计作为在村镇隔震结构设计时柱下新型隔震装置中的基本参数。该研究成果为STP隔震体系在村镇建筑中的应用提供理论参考。

新型隔震装置研究

地震地面运动是一种复杂的多维激励运动,在我国采用的常规隔震系统中一般考虑水平地震作用,较少的考虑竖向地震作用。然而,在很多情况下竖向地震作用却显示出相当大的破坏作用甚至威胁到结构的安全。因此,许多专家学者在常规的隔震支座的基础上设计出了大量的新型隔震支座。本文重点介绍了新型隔震装置多年来的研究成果及其试验研究进展。最后从我国实际出发,对今后新型隔震装置的研究、应用等方面提出了若干建议。

应用新型滑移隔震装置结构的地震反应分析

采用新型固体摩擦滑移材料二硫化钼作为涂层材料,利用实体软钢棒作为限位消能装置,提出了一种应用于框架结构既能消能又能隔震的新型分离式摩擦滑移隔震系统,探讨了其相应的设计和应用方法。采用MTS电液伺服试验系统,对文中研发的新型摩擦滑移隔震装置进行了摩擦系数测定试验,测试了摩擦滑移隔震装置的静和动力摩擦系数,建立了相应的摩擦滑移恢复力模型。采用SAP2000有限元分析软件,分析了某框架结构在抗震时和滑移隔震时的地震反应规律,从结构的加速度反应和层间位移反应、层间剪力反应等方面分析了隔震结构的减震效果。结果表明,新型摩擦滑移隔震装置的减震效果比较明显。一般情况下当场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为8度时,利用新型滑移隔震结构的加速度反应可降低50%左右,层间位移反应减小明显,层间剪力反应可降低50%左右。另外,只要确定合理的构造以及实施方案,这种装置能够满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构。

新型多级隔震装置试验及最优参数分析

基于橡胶支座和滑板支座的水平力学性能,开发了一种新型多级隔震装置并介绍了该装置的组成、运动状态及力学模型。为了验证多级隔震装置在多水准地震作用下具有多级刚度的特性,设计了一幢相似比为1/10的四层混凝土框架结构,并根据结构模型设计了四套多级隔震装置进行了新型多级隔震结构振动台试验。试验与模拟结果表明:新型多级隔震装置隔震性能良好且在不同水准地震作用下能表现出多级抗震性能,相较于普通隔震装置,在大震下能较好的控制隔震层位移。针对不同多级隔震结构给出了多级隔震装置的最优参数的筛选流程,并基于某实际工程通过筛选流程选取了装置的最优参数。

新型三维隔震装置设计及数值模拟

基于铅芯橡胶隔震支座力学性能,设计研发一种新型三维隔震装置,介绍三维隔震装置的构造、变形机理及竖向刚度理论计算公式。将该三维隔震支座用于某工程,基于有限元软件建立结构模型,根据结构特点设计三维隔震支座参数,分析原结构和隔震结构在3条地震波作用下竖向加速度、水平加速度、层间剪力和层间位移响应。结果表明,新型三维隔震支座具有良好的水平隔震性能和竖向隔震性能,均有较好的减振效果。

基于等效线性化的SISC隔震框架结构动力响应分析

为探究采用废旧轮胎隔震垫(STP)制成的柱下新型隔震装置(SISC)在村镇框架结构中的隔震效果,通过SAP2000建立隔震与非隔震三层框架结构模型,利用简化计算方法进行初步布置,采用反应谱法及时程分析法对比了隔震前后层间剪力比,并进行了上部结构的动力响应分析。结果表明:简化计算方法、振型分解反应谱法及时程分析法得到的底部剪力比分别为0.4207、0.4091、0.4491;隔震结构较非隔震结构自振周期延长2~3倍,由时程分析法可得隔震结构中上部结构层间位移角、顶层加速度较非隔震结构最大分别降低86.48%、49.26%,均满足规范限值要求,上部结构整体呈现平动;SISC隔震框架结构按照简化计算方法进行SISC初步布置具有可行性,该研究成果为STP隔震体系在村镇框架结构中的实际应用提供参考。

新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1∶5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。

新型摩擦滑移隔震支座试验研究

文中采用新型固体摩擦滑移材料,即二硫化钼固体润滑剂,研发了一种新型摩擦滑移隔震支座,并采用MTS电液伺服试验系统,对文中提出的新型摩擦滑移隔震支座进行了试验研究,在实验室测定了隔震支座的摩擦系数,得到不同竖向荷载作用下的隔震层摩擦系数。确定了滑移层的滞回曲线,并拟合了摩擦系数和竖向压应力之间的函数方程。测试了隔震支座的摩擦滑移系数及多种工况下的隔震性能,建立了相应的力学分析和计算模型,研究结果表明,二硫化钼固体润滑剂的摩擦系数较小,摩擦性能稳定,采用二硫化钼固体润滑剂研发的摩擦滑移隔震装置,构造和力学计算模型均简单,性能可靠,组合方便,便于应用,是一种较好的隔震装置。

支架设备串联隔震振动台试验研究

针对支架-设备串联隔震体系,设计了适用于支架-设备串联体系的隔震装置,该装置在水平向的刚度较小,而竖向的刚度较大,能够抵抗上部电气设备在隔震层产生的倾覆力矩。然后制作支架-设备串联隔震体系试验模型,进行扫频振动台试验。试验结果表明,该支架-设备串联体系隔震装置能延长串联体系的自振周期,有效地减小上部结构的响应,显示出良好的隔震性能,同时该装置无摇摆现象,能够抵御上部电气设备在隔震层产生的倾覆力矩,具有良好的稳定性。