工程力学 ›› 2018, Vol. 35 ›› Issue (9): 97-106.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.0368

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

何文福1, 许浩1, 魏陆顺2, 冯祎鑫1, 杨巧荣1   

  1. 1. 上海大学土木工程系, 上海 200444;
    2. 佛山科学技术学院交通与土木建筑学院, 广东, 佛山 528000
  • 收稿日期:2017-05-17 修回日期:2017-12-04 出版日期:2018-09-29 发布日期:2018-09-15
  • 通讯作者: 何文福(1979-),男,福建人,副教授,工学博士,主要从事结构隔震减震研究(E-mail:howunfu@shu.edu.cn). E-mail:howunfu@shu.edu.cn
  • 作者简介:许浩(1991-),男,安徽人,工学博士,主要从事核电站三维隔震研究(E-mail:xuhaoxy08@163.com);魏陆顺(1973-),男,江西人,教授级高工,工学博士,主要从事结构振动控制研究(E-mail:1174578590@qq.com);冯祎鑫(1996-),女,山西人,博士生,主要从事空间多维减震体系研究(E-mail:391187932@qq.com);杨巧荣(1966-),女,内蒙古人,副教授,工学硕士,主要从事结构隔震技术研究(E-mail:yangqr@aliyun.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51478257,51508414);上海市自然科学基金项目(15ZR1416200)

EXPERIMENT RESEARCH AND DYNAMIC RESPONSE ANALYSIS OF HIGH PERFORMANCE MULTI-LEVEL BEARING

HE Wen-fu1, XU Hao1, WEI Lu-shun2, FENG Yi-xin1, YANG Qiao-rong1   

  1. 1. Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China;
    2. Department of Civil Engineering, Foshan University, Foshan, Guangdong 528000, China
  • Received:2017-05-17 Revised:2017-12-04 Online:2018-09-29 Published:2018-09-15

摘要: 铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座(lead rubber bearing,LRB)隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。

关键词: 隔震, 多级支座, 静力试验, 叠层橡胶支座, 结构响应

Abstract: Vertical pressure and lateral strain have large influence on the mechanical behavior of a lead rubber bearing (LRB). Base pounding is easily to occur under an extremely rare earthquake. A new kind of high performance combined bearing (HPMB) is proposed. It has high vertical bearing capacity and stable horizontal behavior, and can suit multi-level anti-seismic requirements. A static test of prototype devices was conducted. Horizontal hysteretic curves under varies conditions are obtained and a hysteretic model of HPMB is introduced based on test results. The seismic isolation design of a high-level frame-shear wall structure using HPMB system is conducted. The dynamic responses of HPMB system and original LRB system are compared. HPMB system has a satisfying horizontal isolation effect. Besides, HPMB system can significantly reduce the vertical tensile stress of bearings and can efficiently reduce isolation deformation under an extremely rare earthquake. HPMB system has multi-level anti-seismic behavior.

Key words: seismic isolation, multi-level bearing, static test, laminated rubber bearing, structural response

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  • TU352.1+2
[1] 日本建筑学会. 隔震结构设计[M]. 刘文光译. 北京:地震出版社, 2006:18-19. Architectural Society of Japan. Recommendation for the design of base isolated buildings[M]. translated by Liu Wenguang. Beijing:Seismological Press, 2006:18-19. (in Chinese)
[2] 刘文光. 橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 北京:北京工业大学, 2003:3-7. Liu Wenguang. Mechanics properties of rubber bearings and earthquake response analysis of isolated structures[D]. Beijing:Beijing University of Technology, 2003:3-7. (in Chinese)
[3] Warn G, Whittaker A. A study of the coupled horizontal-vertical behavior of elastomeric and lead-rubber seismic isolation bearings[R]. ISSN:1520-295X; Buffalo, NY, USA, MCEER (Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research), 2006:179-200.
[4] Kumar M, Whittaker A S, Constantinou M C. Response of base-isolated nuclear structures to extreme earthquake shaking[J]. Nuclear Engineering and Design, 2015, 295:860-874.
[5] Vemuru V S M, Nagarajaiah S, Mosqueda G. Coupled horizontal-vertical stability of bearings under dynamic loading[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2016, 45(6):913-934.
[6] 叶昆, 张子翔, 朱宏平. 近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析[J]. 工程力学, 2016, 33(4):49-57. Ye Kun, Zhang Zixiang, Zhu Hongping. Influence of near-field vertical ground motions on the seismic response of lrb base-isolated structures[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(4):49-57. (in Chinese)
[7] GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010. GB 50011-2010, Code for seismic design of buildings[S]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2010. (in Chinese)
[8] 朱闰平, 王荣勇, 贺永红, 等. 建筑隔震橡胶支座硫化工艺研究[J]. 橡胶工业, 2012, 59(9):564-567. Zhu Runping, Wang Rongyong, He Yonghong, et al. Vulcanization process of anti-vibration rubber bearing for construction[J]. Rubber Industry, 2012, 59(9):564-567. (in Chinese)
[9] 符蓉, 叶昆, 李黎. LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的碰撞响应[J] 工程力学. 2010, 27(增刊Ⅱ):298-302. Fu Rong, Ye Kun, Li Li. Seismic response of LRB base-isolated structures under near-fault pulse-like ground motions considering potential pounding[J]. Engineering Mechanics, 2010, 27(Suppl Ⅱ):298-302. (in Chinese)
[10] 樊剑, 龙晓鸿, 赵军. 近场地震下隔震结构基底发生碰撞的鲁棒易损性曲线计算[J]. 工程力学, 2014, 31(1):166-172. Fan Jian, Long Xiaohong, Zhao Jun. Calculation on robust fragility curves of base-isolated structure under near-fault earthquake considering base pounding[J]. Engineering Mechanics, 2014, 31(1):166-172. (in Chinese)
[11] 叶昆, 李黎. 改进的Kelvin碰撞分析模型[J] 工程力学, 2009, 26(增刊Ⅱ):245-248. Ye Kun, Li Li. Modified kelvin pounding analytical model[J]. Engineering Mechanics, 2009, 26(Suppl Ⅱ):245-248. (in Chinese)
[12] 吴迪, 李健军, 谭平, 等. 串联隔震结构体系的地震易损性分析[J]. 工程力学, 2017, 34(增刊1):227-232. Wu Di, Li Jianjun, Tan Ping, et al. Seismic vulnerability analysis of series isolated structural systems[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(Suppl 1):227-232. (in Chinese)
[13] Braga F, Faggella M, Gigliotti R, et al. Nonlinear dynamic response of HDRB and hybrid HDRB-friction sliders base isolation systems[J]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2005, 3(3):333-353.
[14] Lin P Y, Roschke P N, Loh C H. Hybrid base-isolation with magnetorheological damper and fuzzy control[J]. Structural Control & Health Monitoring, 2007, 14(3):384-405.
[15] Cancellara D, Angelis F D. A base isolation system for structures subject to extreme seismic events characterized by anomalous values of intensity and frequency content[J]. Composite Structures, 2016, 157:285-302.
[16] 张富有, 张涛. 考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2007, 26(增刊1):3237-3241. Zhang Fuyou, Zhang Tao. Seismic response analysis of parallel base isolation structure considering axial forces shift[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering, 2007, 26(Suppl 1):3237-3241. (in Chinese)
[17] Monzon E V, Wei C, Buckle I G, et al. Seismic response of full and hybrid isolated curved bridges[C]//Proceedings of the 2012 Structures Congress. Chicago US:ASCE, 2012:603-612.
[18] Ismail M, Casas J R. Novel isolation device for protection of cable-stayed bridges against near-fault earthquakes[J]. Journal of Bridge Engineering, 2013, 19(8):1-12.
[19] 吴倩芸. 考虑支座硬化与碰撞的隔震结构弹塑性分析[D]. 上海:上海大学, 2016. Wu Qianyun. Elastic-plastic analysis of isolated structure considering the bearing harden and collision[D]. Shanghai:Shanghai University, 2016. (in Chinese)
[1] 洪越, 唐贞云, 林树潮, 李振宝. 一种新型变曲率摩擦摆力学性能的试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 113-119.
[2] 尚庆学, 李泽, 刘瑞康, 王涛. 管线系统抗震支架力学试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 120-125,133.
[3] 朱柏洁, 张令心, 王涛. 轴力作用下剪切钢板阻尼器力学性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 140-144.
[4] 李建波, 梅润雨, 于梦, 林皋. 具有隔震构造的核电站安全壳在强烈地震和大型商用飞机撞击下的振动响应分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 81-88.
[5] 楼云锋, 刘涛, 王欢欢, 付宝强, 金先龙. 波浪冲击下充气式浮桥流固耦合数值模拟分析[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 232-239,256.
[6] 杨参天, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 刘立德. 适用于高层隔震结构的地震动强度指标研究[J]. 工程力学, 2018, 35(8): 21-29.
[7] 汪大洋, 韩启浩, 张永山. 多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究[J]. 工程力学, 2018, 35(7): 83-93,138.
[8] 李万润, 王辉, 孙玉萍, 杜永峰, 王雪平, 吴忠铁. 考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟与试验验证[J]. 工程力学, 2018, 35(6): 115-122,131.
[9] 韩强, 贾振雷, 王晓强, 黄超. 内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑性能试验及其恢复力模型研究[J]. 工程力学, 2018, 35(6): 144-150,190.
[10] 郑山锁, 刘巍, 左河山, 董立国, 李强强. 近海大气环境下考虑锈蚀的不同剪跨比RC框架梁抗震性能试验[J]. 工程力学, 2018, 35(4): 78-86.
[11] 种迅, 万金亮, 蒋庆, 叶献国, 王德才, 邢伟, 邵徽斌. 水平拼缝部位增强叠合板式剪力墙抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(4): 107-114.
[12] 杨青顺, 甄伟, 陆新征, 解琳琳, 林楷奇. 带端部阻尼器伸臂桁架的抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(2): 47-58.
[13] 吴宜峰, 王浩, 李爱群, 杨凡. 新型多功能隔震支座力学性能的数值模拟与实验验证[J]. 工程力学, 2018, 35(2): 195-202.
[14] 邓明科, 杨铄, 王露. 高延性混凝土加固无筋砖墙抗震性能试验研究与承载力分析[J]. 工程力学, 2018, 35(10): 101-111,123.
[15] 郑山锁, 刘巍, 秦卿, 张传超, 董立国, 李强强. 不同加载制度下RC框架梁抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(1): 109-117.
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[1] 熊铁华;常晓林. 响应面法在结构体系可靠度分析中的应用[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 58 -61 .
[2] 贾超;张楚汉;金峰;程卫帅. 可靠度对随机变量及失效模式相关系数的敏感度分析及其工程应用[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 12 -16,1 .
[3] 杨勇;郭子雄;聂建国;赵鸿铁. 型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术研究[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 79 -85,5 .
[4] 魏巍;杜静;白绍良. 细长偏心受压钢筋混凝土杆件的强度失效及稳定失效极限承载力分析[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 114 -119 .
[5] 顾明;叶丰. 高层建筑风致响应的简化分析方法[J]. 工程力学, 2006, 23(8): 57 -61,4 .
[6] 陈常松;陈政清;颜东煌. 悬索桥主缆初始位形的悬链线方程精细迭代分析法[J]. 工程力学, 2006, 23(8): 62 -68 .
[7] 许福友;陈艾荣. 平板颤振导数的参数弹性研究[J]. 工程力学, 2006, 23(7): 60 -64 .
[8] 王海东;尚守平. 瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩竖向动力响应计算研究[J]. 工程力学, 2006, 23(8): 74 -78 .
[9] 刘毅;金峰. 适用于支护拓扑优化的双向渐进优化方法[J]. 工程力学, 2006, 23(8): 110 -115 .
[10] 韩永要;赵国志;方清;苟瑞君. 动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究[J]. 工程力学, 2006, 23(8): 182 -186 .
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2018年11月15日