摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座研究及其在大跨機庫中的應(yīng)用.pdf

1、本文針對大跨結(jié)構(gòu)隔震研究現(xiàn)狀,以解決三維地震響應(yīng)強烈結(jié)構(gòu)的隔震為出發(fā)點,重點探討了三維復(fù)合隔震技術(shù)。結(jié)合大跨結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)特征,提出了豎向控制策略；設(shè)計了一種新型的摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座,并對實物支座的隔震性能進行了振動臺試驗研究,依據(jù)試驗結(jié)果建立了實用的理論計算模型。最后將其應(yīng)用于三維地震響應(yīng)較為強烈的大跨維修機庫中,確定了最優(yōu)隔震控制方案,分析了支座的隔震效果。 本文的具體研究工作和成果如下： (1)

2、開發(fā)了一種新型的摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座,解決了大跨結(jié)構(gòu)的豎向隔震問題。新開發(fā)的支座水平向采用聚四氟乙烯平板摩擦滑移裝置,水平復(fù)位由并聯(lián)彈簧提供回復(fù)力實現(xiàn)；在豎向,則利用螺旋彈簧或碟型彈簧調(diào)整支座的豎向剛度以滿足部分隔震的要求；同時,豎向多組彈簧的采用使支座具有良好的轉(zhuǎn)動能力,且通過構(gòu)造設(shè)計使支座具有合理的抗拔能力。 (2)建立了摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座的理論模型。依據(jù)概念設(shè)計建立了支座的理論模型,對豎向隔震的可行性進行了深

3、入探討,提出了豎向剛度的計算公式。同時給出了水平與豎向關(guān)鍵參數(shù)的計算方法,對影響參數(shù)的主要因素進行了系統(tǒng)分析,提出了支座設(shè)計的基本方法和步驟。 (3)設(shè)計加工了實物支座。根據(jù)概念設(shè)計和理論模型分別設(shè)計和加工了三種支座：水平摩擦滑移支座(HFB)、摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座(3DSIB-HS)和摩擦-碟簧三維復(fù)合隔震支座(3DSIB-DS)。實際支座從構(gòu)造上解決了支座的豎向抗拔和轉(zhuǎn)動問題,對于空間結(jié)構(gòu)具有較強的適用性。 (

4、4)對實物支座的水平與豎向隔震性能進行了振動臺試驗研究。為同時測試水平與豎向動荷載作用下支座的隔震性能,設(shè)計了一種由液壓伺服儀與振動臺同步加載的試驗方案,并對試驗裝置進行了創(chuàng)新性改造。然后對三類支座分別進行了承載力測試與隔震性能動力試驗,對比分析了豎向壓力、豎向剛度、水平滑移速度、輸入激勵等參數(shù)對支座隔震性能的影響。試驗結(jié)果表明,摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座具有良好的隔震性能,試驗結(jié)果與理論模型具有較好的吻合。 (5)建立了隔震結(jié)

5、構(gòu)的計算模型。依據(jù)支座的理論模型與試驗結(jié)果,對整體分析時應(yīng)用于隔震結(jié)構(gòu)的支座進行了參數(shù)化分析,建立了實用計算模型。在水平向采用雙線形模型與Bouc-Wen模型均能較好地模擬支座的滯回特性。此外,結(jié)合現(xiàn)有有限元分析程序中的隔震單元,建議在對隔震結(jié)構(gòu)整體分析時,支座的水平向可分別選擇摩擦單元與彈簧單元并聯(lián)來模擬其水平隔震行為；對3DSIB-HS支座,其豎向可等效成具有一定剛度的彈性單元；而3DSIB-DS支座,其豎向可通過線性化參數(shù)即等效阻

6、尼比與等效剛度描述。 (6)以大跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)維修機庫作為隔震對象,系統(tǒng)分析了其動力特性和地震響應(yīng)特征,為結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計創(chuàng)造條件。分析表明,該類結(jié)構(gòu)的動力特性復(fù)雜,三向地震響應(yīng)均較為強烈,其中以三向同步輸入時最為顯著。因此,當(dāng)采用隔震方案時宜優(yōu)先考慮三維復(fù)合隔震,可采用本文開發(fā)的隔震支座。 (7)對大跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)維修機庫進行了隔震研究?；跈C庫結(jié)構(gòu)的靜力作用特征、動力特性和無控地震響應(yīng)特征,設(shè)計了兩種3DSIB支座,建立了隔震結(jié)