摩擦-彈簧三維復合隔震支座研究及其在大跨機庫中的應用.pdf

1、本文針對大跨結構隔震研究現狀,以解決三維地震響應強烈結構的隔震為出發(fā)點,重點探討了三維復合隔震技術。結合大跨結構的動力特性和地震響應特征,提出了豎向控制策略；設計了一種新型的摩擦-彈簧三維復合隔震支座,并對實物支座的隔震性能進行了振動臺試驗研究,依據試驗結果建立了實用的理論計算模型。最后將其應用于三維地震響應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-彈簧三維復合隔震支座,解決了大跨結構的豎向隔震問題。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,水平復位由并聯彈簧提供回復力實現；在豎向,則利用螺旋彈簧或碟型彈簧調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動能力,且通過構造設計使支座具有合理的抗拔能力。 (2)建立了摩擦-彈簧三維復合隔震支座的理論模型。依據概念設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鍵參數的計算方法,對影響參數的主要因素進行了系統分析,提出了支座設計的基本方法和步驟。 (3)設計加工了實物支座。根據概念設計和理論模型分別設計和加工了三種支座：水平摩擦滑移支座(HFB)、摩擦-彈簧三維復合隔震支座(3DSIB-HS)和摩擦-碟簧三維復合隔震支座(3DSIB-DS)。實際支座從構造上解決了支座的豎向抗拔和轉動問題,對于空間結構具有較強的適用性。 (

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、輸入激勵等參數對支座隔震性能的影響。試驗結果表明,摩擦-彈簧三維復合隔震支座具有良好的隔震性能,試驗結果與理論模型具有較好的吻合。 (5)建立了隔震結

5、構的計算模型。依據支座的理論模型與試驗結果,對整體分析時應用于隔震結構的支座進行了參數化分析,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,結合現有有限元分析程序中的隔震單元,建議在對隔震結構整體分析時,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即等效阻

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