基于某博物馆的新型三维隔振装置作用性能研究

为了同时隔离水平地震作用及地铁运行导致的竖向振动,以橡胶支座和碟形弹簧相串联的形式设计了一种三维隔振装置.采用ABAQUS数值模拟与验证,确定了不同组合形式装置的水平刚度及竖向刚度取值.同时,基于某博物馆实际工程,建立了装置使用前后博物馆数值模型,并进行地震波和地铁波的时程分析.结果表明:三维隔振装置能同时隔离水平地震和竖向振动;装置刚度的计算结果与试验值相吻合;地震作用下,采用三维隔振装置的结构基底剪力降低了45%～80%,加速度峰值降低了66%～80%,减震效果明显;楼层加速度响应及Z振级值可以通过合理设置竖向刚度值来降低,综合考虑隔振效果及装置竖向变形,建议该博物馆三维隔振装置的竖向刚度取值为20 kN/mm.

新型三维隔震装置力学性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震垫、组合碟形弹簧和钢板阻尼器的各自力学性能特点,设计开发出一种新型的三维隔震装置,首先简要介绍了该三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法;通过一足尺三维隔震装置分别进行了水平向和竖向力学性能试验。试验结果表明,该三维隔震装置具有构造合理、传力机制明确等优点,在水平向和竖向都能够具有适宜的隔震刚度和阻尼耗能性能,并且在较大水平剪切变形时仍具有良好的整体稳定性。

球面网壳结构的分段式多维隔震控制

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高网壳结构的抗震性能,可采用支座型隔震装置形成分段式多维隔震机制。在这类多维隔震体系中,碟形弹簧支座可用于结构的竖向隔震,同时,可将其与适用于水平隔震的摩擦摆(FPS)或SMA-橡胶支座配合使用。基于上述概念设计,提出了水平和竖向隔震装置的构造和计算模型。进而,根据网壳结构多维隔震的动力方程,开展了El Centro波作用下双层球面网壳和单层球面网壳结构多维隔震控制的数值模拟。计算结果表明,多维隔震球面网壳结构的杆件内力、加速度和位移的减振效果能达到50%以上,验证了所提多维隔震技术对保护球面网壳结构免遭地震破坏的有效性。

碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座力学性能试验研究

对适用于大跨空间结构的碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座进行隔震性能试验研究,该支座由叠层橡胶与下部碟簧装置串联组成。水平方向,试验测试了简谐波激励下支座的滞回性能,考察了剪应变、竖向压力及加载频率对其水平力学性能的影响;竖直方向,对支座的等效刚度及等效阻尼比进行试验研究,考察了加载幅值、预压力及加载频率对其竖向滞回性能的影响,同时考察竖向刚度的变化对叠层橡胶支座水平力学性能的影响。结果表明,三维复合隔震支座在水平及竖向均有较好的滞回性能,水平方向等效阻尼比在0.07~0.11之间,其值随着竖向压力的增加而增大;竖向等效阻尼比在0.1~0.2之间,竖向加载频率对其影响不大;竖向刚度的降低使支座的水平等效刚度、等效阻尼比增加。

抗拔型三维隔震支座力学性能研究

为解决传统隔震支座竖向抗拔能力较差,且不能对建筑结构进行竖向隔震等问题,提出一种具有较优抗拔能力的三维隔震支座,并研究了该支座水平及竖向自由度的力学性能。首先将具有竖向隔震能力的碟簧组装置与高阻尼橡胶隔震支座串联结合,然后在支座外部设计抗拔装置,共同组成抗拔型三维隔震支座。而后建立了三维隔震支座实用分析模型,并对其水平和竖向力学性能进行计算,通过与试验结果进行对比,以验证模型的有效性;之后对三维隔震支座转动自由度及承受上拔力时的力学性能进行了数值分析。研究结果表明:三维隔震支座实用模型能有效模拟三个平动自由度的力学性能。当支座处于隔震状态时,抗拔装置还起到传导高阻尼橡胶隔震支座提供的水平力作用。得到了转动自由度的刚度曲线及弯矩-转角曲线,其中弯矩-转角曲线近似为双线性模型;支座抗拔能力较强,在抗拔装置发挥作用之前,荷载-位移曲线会出现零刚度段;得到了抗拔装置发挥作用时的三维隔震支座的荷载-位移曲线,为隔震结构出现上拔力时的动力计算提供条件。

金属橡胶-碟簧复合吊架的减振抗冲性能研究

针对舰船管路抗冲击的需求,开展金属橡胶-碟簧复合吊架的结构刚度特性参数分析、冲击响应特性分析;进行静态、振动和冲击试验。结果表明,额定载荷下吊架的共振频率在12.97 Hz左右、阻尼比约为0.133;吊架-质量块构成的单自由度系统振级落差值为16.57 dB;在冲击速度2 m/s^2.5 m/s时隔冲效率达到82%。

船用超低频准零刚度隔振器设计及性能研究

将硅氟橡胶碟型弹簧与电磁弹簧并联组合,构建出一种适用于船舶精密设备的准零刚度隔振器。首先建立隔振器等效力学模型,基于麦克斯韦电磁原理,计算动刚度为零时的电流值,并推导该系统的幅频特性关系。进而验证橡胶材料公式建模方法和磁力2D数值计算方法的正确性,在此基础上,计算出碟型橡胶弹簧力学特性,以及电磁弹簧间距、动芯材料、线圈电流等参数对电磁负刚度力的影响规律。根据准零刚度理论,组合电磁弹簧与碟型橡胶弹簧,设计出准零刚度隔振器。研究表明该隔振器低频振动无放大,且减振缓冲效果相比传统减振器,有约40 dB的提升。

无轨胶轮车湿式多盘失效安全型工作制动装置

对无轨胶轮车工作制动装置的构造原理进行了研究,在保证工作制动装置制动力不变的条件下,设计了一种无轨胶轮车湿式多盘失效安全型工作制动装置,该装置为失效安全型工作制动装置,通过液压回路对碟簧弹性力进行线性控制,改变制动装置动、静摩擦片贴合松紧度对无轨胶轮车实施制动和解除制动,既具备工作制动功能,又可以发挥失效安全型特性自动制动失控运行的车辆,从而提升无轨胶轮车行车安全,有效避免发生重大运输安全事故。

基于SMA—橡胶支座和碟形弹簧的球面网壳结构多维隔震

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高其抗震性能,采用SMA—橡胶支座和碟形弹簧形成分段隔震机制以降低结构的多维地震响应。本文建立了SMA—橡胶支座和碟形弹簧的隔震计算模型。进而,根据球面网壳结构多维隔震的动力方程,针对某单层球面网壳结构,开展了其在不同地震作用下的多维隔震控制研究。由时程响应的数值模拟结果可见,多维隔震网壳结构的杆件内力、加速度响应和位移响应较无控结构有了显著的降低,从而验证了所提出的多维隔震技术对于保护球面网壳结构免遭地震灾害破坏的有效性。