Experimental and Finite Element Analysis for Multi-lead Rubber Bearings:A Comparative Study

The mechanical properties of multi-lead rubber bearings （MLRBs） were investigated by experiment and finite element analysis. First, the vertical stiffness, horizontal stiffness and yielded shear force were tested for four MLRB specimens and two specimens of the single-lead rubber bearings （ SLRBs）. Then, the MLRBs were modeled by the explicit finite element analysis software ANSYS/ LS-DYNA, in order to evaluate the horizontal force-displacement hysteretic curves under static vertical and dynamical horizontal loadings. The disagreement between the tested and theoretical values was less than 11.4%, and MLRBs and SLRBs were similar in vertical stiffness, pre-yield stiffness and yield stiffness.

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明:多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。

高速铁路高低塔斜拉桥减隔震装置研究

通过分析各类减隔震装置对高速铁路高低塔混合梁斜拉桥的减隔震作用,从而选取合理减隔震装置。以阜淮(阜阳—淮北)新建高速铁路跨颍河主跨230 m的高低塔混合梁斜拉桥为研究对象,建立铅芯橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座、黏滞阻尼器有限元模型,采用非线性时程分析法对塔底弯矩、梁端水平位移等目标函数进行地震响应分析。结果表明:采用铅芯橡胶支座,塔底弯矩降幅达到49.9%;采用摩擦摆减隔震支座,塔底弯矩降幅达到54.3%;采用黏滞阻尼器,塔底弯矩降幅达到62.0%。对于高速铁路高低塔混合梁斜拉桥而言,黏滞阻尼器减隔震装置更合理,并给出合适设计参数。

小型铅芯橡胶支座剪切性能试验研究

通过对小型铅芯橡胶支座(LRB)进行剪切试验,研究了支座剪应变、压应力和加载频率对支座等效水平刚度、屈服后刚度、屈服力和等效阻尼比的影响。结果表明:随着剪应变的增大,支座的等效水平刚度和屈服后刚度减小,屈服力增大,等效阻尼比呈线性减小;随着竖向压应力的增大,支座的等效水平刚度减小,屈服后刚度呈线性减小,屈服力和等效阻尼比呈线性增大;加载频率对支座的剪切性能基本没有影响,可以忽略;100%剪应变以内,施加的剪应变和压应力没有对隔震支座造成损伤;剪应变超过100%的大变形和大压应力会使支座进入塑性,造成支座部分永久性损伤。建议根据振动台试验的工况顺序及支座在振动台试验的最大实际变形设计拟静力试验的工况。提出日本规范等效水平刚度计算公式的修正系数,并与振动台试验实测值进行对照,证明了修正后的计算公式计算精度有所提高。

某双塔高位弱连体结构设计研究

连体结构受力较复杂,连接形式的选择及连接节点的设计尤为重要,其是结构设计的重点和难点。对某双塔高位连体结构进行分析,研究表明,采用可滑动弱连接型式更适合本工程。连接体采用双层钢桁架结构,选用铅芯隔震橡胶支座与塔楼进行连接。计算分析表明,双塔可满足大震不倒,高位弱连接体可达到大震下不掉落的抗震设防目标。

铅芯对厚层铅芯橡胶支座竖向力学性能的影响

厚层铅芯橡胶支座具有同时隔离水平地震动和竖向地震动的三维隔震性能,其竖向刚度是影响厚层橡胶支座竖向隔震性能的关键因素。基于厚层铅芯橡胶支座三维有限元模型,研究铅芯对厚层铅芯橡胶支座竖向刚度的影响,模型分析中考虑铅芯与周边边界的不同约束情况,研究铅芯的边界约束条件对支座竖向刚度的影响,分析结果表明,铅芯单元边界约束考虑法向可分离、切向可滑移且边界接触摩擦系数取0.9时较为符合支座实际情况。研究了铅芯直径对支座竖向刚度的影响,结果表明,铅芯对支座竖向刚度的贡献除铅芯材料自身刚度及其边界约束条件外,尚应考虑铅芯直径的影响。同时进行了支座性能试验,通过有限元分析结果与试验结果的比较,验证有限元分析方法的有效性及铅芯边界约束条件定义的合理性。

高烈度地震区板式桥抗震性能研究

以设防烈度为8.5度的高烈度地区某16跨装配式连续板桥为例,分别采用提高结构自身强度、优化结构体系的传统抗震设计方法和基于振动控制技术的减隔震设计方法来研究结构的抗震性能。结果表明,一般的抗震措施无法满足高烈度地区对桥梁的抗震要求;单一的隔震措施在大大降低结构的内力的同时也会产生较大的变形,需进一步采取耗能措施来降低结构的位移响应。铅芯橡胶支座作为隔震、耗能一体化的元件,构造简单,可满足高烈度地区板式桥梁的抗震要求。

考虑SSI效应的铅芯橡胶支座隔震结构体系振动台模型试验

设计并完成了考虑土-结构动力相互作用(SSI效应)的铅芯橡胶支座隔震结构体系振动台模型试验,对比分析了土性地基和刚性地基上隔震结构体系的动力特性、基础及隔震层的转动效应、楼层加速度反应,探讨了SSI效应对隔震结构体系隔震效果的影响。试验结果表明:由于SSI效应的影响,土性地基上隔震结构体系的隔震效率较刚性地基时明显降低,SSI效应对隔震结构体系隔震效率的影响与输入地震动的峰值及频谱特性有关。因此,对建于土性地基上的隔震结构进行设计时,考虑土-结构动力相互作用是十分必要的。

铁路简支梁桥减隔震支座设计参数的优化研究

运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路简支梁桥减隔震体系优化设计模型,采用ANSYS中的一阶优化方法,在优化过程中考虑结构Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响及土和基础的相互作用,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化设计。通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律:在应用LRB对不同场地条件下的铁路简支梁桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响。因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求。为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算。

近断层脉冲型地震动作用下隔震结构地震反应分析

隔震结构在远震场地减震效果良好,但是近断层地震动的明显的长周期速度和位移脉冲运动可能对隔震建筑等长周期结构的抗震性能和设计带来不利影响,需要深入探讨。本文首先讨论近断层地震动的长周期脉冲运动特征,然后以台湾集集地震8条典型近震记录和其它4条常用近震记录以及4条远震记录作为地震动输入,对两幢安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行非线性地震反应时程分析,通过比较探讨了算例计算结果,定量说明隔震结构的近震脉冲效应显著,是隔震设计不容忽视的问题。

近断层地震动作用下隔震结构的优化设计

首先讨论了近断层脉冲型地震动的特点,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录为地震动输入,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构的隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸进行一体化优化设计,然后输入E l Centro(1940)、Taft(1952)地震波对优化后的隔震结构进行地震反应分析。计算结果表明,对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。

西安机场高速公路桥梁减震系统设计

按照新颁布的《公路桥梁抗震设计细则》相关规定,对西安机场高速公路桥梁进行减隔震系统的设计与分析。采用板式橡胶支座和铅销橡胶支座2种方案替代传统的盆式支座,来延长结构的固有周期并分散桥墩的水平地震力。弹性反应谱分析表明2种替代方案都能使结构在中震激励下保持弹性;在大震激励下板式橡胶支座方案中支座的变位、桥墩的塑性变形都接近极限要求,而铅销橡胶支座方案中支座处于正常的工作范围,桥墩基本保持弹性。

铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震中的应用

为研究在高地震烈度区将铅芯橡胶支座应用于简支梁桥的减隔震效果,以水晶大桥为例进行分析。采用ANSYS分别建立隔震状态和非隔震状态的全桥有限元模型,考虑地基桩-土作用效应,取用50年超越概率10%和2%的计算反应谱进行反应谱分析,并取用与反应谱相同超越概率的地震波进行时程分析。分析结果表明:非隔震状态时,该桥在E1和E2地震作用下桥墩的位移和内力均较大,普通板式橡胶支座不能满足强度和变形的要求;采用铅芯橡胶支座隔震后,该桥桥墩的位移和内力得到了有效的减小,取得了良好的隔震效果;采用反应谱法分析隔震桥梁,通过计入隔震构件的等效刚度,能将非线性问题简化为线弹性问题处理。

多铅芯橡胶支座水平力学性能研究

当前多铅芯橡胶支座在我国建筑结构中应用正逐渐增多,但是其力学性能研究较少。文章首先利用压剪试验机对多铅芯橡胶支座进行水平单向压剪试验,分析其在单向压剪状态下的力学性能,然后以此试验样本为原型,利用ABAQUS建立多铅芯橡胶支座精细化有限元模型,进行水平双向压剪工况的数值模拟,以弥补试验条件的不足。经过对多铅芯橡胶支座在水平单向与水平双向压剪作用下的力学性能参数的对比,发现多铅芯橡胶支座在双向压剪状态时存在明显的双向耦合效应,单向作用的力学性能有不同程度的下降。最后通过改变一个加载方向的幅值和频率,来探究在双向加载时一个加载方向幅值与频率的改变对另外一个方向力学性能的影响。研究发现随着一个方向幅值和加载频率的增加,另外一个方向的大多数力学性能都有降低的趋势,有些力学性能的变化趋势会因加载函数的不同而呈现出不同的规律。这些特点的发现将有助于多铅芯橡胶支座的合理设计与布置,使其能更好地发挥减隔震的功效。

某连续梁拱组合桥铅芯橡胶支座减隔震研究

连续梁拱组合桥结构受力复杂,为了保证地震作用下该组合结构桥梁的安全,需要采取减隔震措施。以某大跨度连续梁拱组合桥为背景,进行桥梁动力特性分析,选取铅芯橡胶支座作为减隔震措施;采用控制变量法,对铅芯橡胶支座的铅芯直径、支座尺寸进行组合,研究铅芯橡胶支座的减隔震效果。结果表明:铅芯橡胶支座可延长桥梁的自振周期,减轻或规避共振危害;铅芯橡胶支座的铅芯直径与支座尺寸的合理设置可大幅减小结构的内力;铅芯橡胶支座型号设置不合理时,容易增大拱顶位移,在抗震设计中需要慎重考虑铅芯橡胶支座的型号,以达到最优减隔震效果。

铅芯直径对铅芯橡胶隔震支座极限剪切性能的影响分析

通过有限元分析软件ABAQUS对铅芯橡胶隔震支座进行极限剪压状态下的力学性能分析,研究了铅芯直径对铅芯橡胶隔震支座极限剪切位移的影响及其在此极限状态下的等效水平刚度、等效阻尼比、屈服后刚度和屈服力.研究表明,铅芯直径的增大使铅芯橡胶隔震支座的极限剪切位移显著减小;铅芯直径对极限剪压状态下的有效阻尼比和屈服力起决定性影响,二者随铅芯直径的增大而显著增大;铅芯直径对屈服后刚度影响很小.

铅芯橡胶隔震桥梁结构的地震反应动力分析

以一端铰支一端滚动的简支桥和采用铅芯橡胶隔震支座的简支桥为研究对象,分别进行地震作用下的弹塑性动力反应分析。为考察铅芯橡胶隔震支座对桥梁隔震效果的影响,分别在隔震和未隔震情况下输入不同幅值的Elcentro地震波,计算出上部结构的加速度反应和相对位移。地震反应分析结果表明:动力分析中所用的结构计算模型、恢复力模型和参数及计算程序是可行的。通过对地震动力反应数据的分析,选择适当尺寸参数的铅芯橡胶支座作为隔震装置,改善结构动力特性,可以降低桥面及桥墩的地震响应,在整体上提高了结构的安全性及抗震性能,增强桥梁结构的抗震能力,从而得到较好的抗震效果。

地震作用下铅芯橡胶隔震支座在地铁车站中的应用

文章以合肥市某地铁车站为研究对象,利用有限元软件ANSYS分别建立未使用隔震支座和使用铅芯橡胶隔震支座的箱型地铁车站模型,输入调幅后的El-centro地震波作为地震作用进行数值模拟。比较2种模型情况下车站中柱的动力响应。结果表明:使用铅芯橡胶隔震支座作为局部减震措施对于改变结构自振频率影响不大,但在很大程度上可以减小车站中柱在地震作用下的响应,起到减震的作用。

采用铅芯隔震橡胶支座的连续梁桥地震能量反应分析

基于多自由度桥梁体系地震能量反应方程,以一座铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,选取5条具有代表性的地震波利用有限元的方法对全桥进行非线性动力时程分析,研究地震动峰值加速度、支座铅芯屈服力和屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响。分析结果表明:地震动峰值加速度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,但对支座耗能比及阻尼耗能比的影响较小;支座铅芯屈服力及屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,铅芯屈服力及屈服后刚度越大,支座耗能比越小,阻尼耗能比越大,反之亦然。增大支座铅芯屈服力及屈服后刚度不利于支座的滞回耗能,因此,在保证强度及位移要求的前提下应尽量采用铅芯屈服力及屈服后刚度较低的铅芯隔震橡胶支座。

FHZ28-105环形防喷器的研制

根据超深井油气开发的需求以及各界不断重视井控装备的安全性,提高设备配置安全系数的要求,研制了105 MPa超高压环形防喷器。该防喷器承压件采用锻件,壳体为高脚杯结构,胶芯为锥形,采用有限元进行优化设计,研制了密封可靠性较高的胶芯。该防喷器具有结构简单,承压能力强,密封可靠的特点。通过试验表明,其各项性能指标符合API Spec 16A规范和GB/T 20174的规定。