极罕遇地震作用下无预紧力变摩擦惯容器消能体系抗震性能分析

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作者 赵桂峰 刘伟 +3 位作者 马玉宏 孔思华 陈家川 陈兆升 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第4期62-70,共9页

针对传统摩擦阻尼器在极罕遇或近场脉冲型地震作用下需施加较大预紧力以提供足够的阻尼力,且可能引发耐久性问题这一现状,提出一种无预紧力变摩擦惯容器(NVFI)。首先,对NVFI的组成、工作原理及力学模型进行介绍,指出其通过滚珠丝杠驱动... 针对传统摩擦阻尼器在极罕遇或近场脉冲型地震作用下需施加较大预紧力以提供足够的阻尼力,且可能引发耐久性问题这一现状,提出一种无预紧力变摩擦惯容器(NVFI)。首先,对NVFI的组成、工作原理及力学模型进行介绍,指出其通过滚珠丝杠驱动弹簧施加可变正压力,从而在摩擦片之间形成随运动变化的变摩擦阻尼力,呈现出“蝴蝶形”滞回曲线特征。其次,建立NVFI的恢复力计算公式,并以单自由度结构为算例,开展各级地震作用下的非线性动力时程分析,验证NVFI的减震效果和能量耗散能力。研究结果表明:NVFI可在无预紧力条件下实现大吨位的变摩擦阻尼力,有效降低结构位移、速度及加速度响应,且对近场脉冲型地震作用下的减震效果尤为突出。在设防地震水平下,NVFI可分别降低远场、近场脉冲型及非脉冲型地震作用下结构位移响应的46%、56%和34%,同时表现出较好的速度与加速度减震性能。能量分析显示,NVFI可显著降低结构输入的地震能量,改变结构基本频率,使之避开外界地震主频的影响范围。此外,通过分析质量比在0~0.5变化对结构动力响应的影响可知,质量比主要影响结构的速度和加速度响应,对位移响应影响相对较小;NVFI的减震与耗能性能主要依赖其优异的变摩擦阻尼特性,而惯容机制主要是降低地震输入能。 展开更多

关键词 无预紧力 变摩擦 惯容器 极罕遇地震 抗震性能

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基于橡胶隔震支座老化作用的近海隔震桥梁地震响应时变规律 被引量：6

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作者 陈嘉佳 马玉宏 +1 位作者 黄金 赵桂峰 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第13期5247-5254,共8页

通过对橡胶隔震支座进行海洋环境下的老化时变规律试验和理论分析研究,得到橡胶隔震支座在海蚀环境下的性能劣化规律。利用钢筋混凝土材料和隔震支座材料的劣化模型,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。定义墩柱劣... 通过对橡胶隔震支座进行海洋环境下的老化时变规律试验和理论分析研究,得到橡胶隔震支座在海蚀环境下的性能劣化规律。利用钢筋混凝土材料和隔震支座材料的劣化模型,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。定义墩柱劣化、橡胶隔震支座劣化及二者共同劣化三种劣化工况,对桥梁在全寿命周期内的地震响应的时变规律进行分析。结果表明:墩柱材料和支座性能单独劣化均会显著影响桥梁的地震响应,而二者共同劣化的响应结果取决于单一因素的结果。总体来看,随着劣化时间的增大,墩顶最大位移增大,支座水平最大剪切位移减小,墩柱塑性耗能增大,支座滞回耗能面积减小。研究可为桥梁结构全寿命抗震性能分析和评估提供理论依据。 展开更多

关键词 近海隔震桥梁 全寿命周期 性能退化 时变规律 动力特性

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极罕遇地震作用下摩擦摆隔震高铁桥梁的地震响应分析 被引量：6

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作者 邓细鹏 赵桂峰 +1 位作者 马玉宏 石岩 《工程抗震与加固改造》 北大核心 2020年第1期97-105,共9页

为了研究摩擦摆隔震高铁桥梁在罕遇地震与极罕遇地震作用下的地震反应,以某隔震高铁桥梁为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立摩擦摆隔震与非隔震高铁桥梁的梁体-支座-桥墩的一体化非线性分析模型,输入3条天然波采用非线性动力时程分... 为了研究摩擦摆隔震高铁桥梁在罕遇地震与极罕遇地震作用下的地震反应,以某隔震高铁桥梁为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立摩擦摆隔震与非隔震高铁桥梁的梁体-支座-桥墩的一体化非线性分析模型,输入3条天然波采用非线性动力时程分析法分析隔震与非隔震高铁桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的地震响应。结果表明:摩擦摆隔震支座能有效延长桥梁的自振周期;在罕遇地震和极罕遇地震时,摩擦摆隔震支座均能显著降低桥梁的地震响应,耗散地震的能量,进而显著降低桥墩发生弯曲破坏和剪切破坏的可能;在极罕遇地震时,摩擦摆隔震支座位移均已经超限,支座均发生不同程度的剪切破坏,为了保证桥梁在罕遇地震下的安全性,有必要在桥梁的隔震层安装限位装置。 展开更多

关键词 摩擦摆支座 高铁桥梁 有限元模型 地震响应 罕遇地震 极罕遇地震

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基于地震模拟振动台试验的铅芯橡胶隔震支座静力性能修正 被引量：8

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作者 马玉宏 赵桂峰 +1 位作者 郑宁 兰祖瑶 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2019年第5期78-85,共8页

目前我国在进行结构隔震设计时,橡胶隔震支座的力学性能参数是通过拟静力试验得到的,其在实际地震中的动力力学性能与拟静力试验的静力性能是否一致、差异的大小和程度是影响隔震结构安全性的关键问题,有必要开展深入研究。本文针对目... 目前我国在进行结构隔震设计时,橡胶隔震支座的力学性能参数是通过拟静力试验得到的,其在实际地震中的动力力学性能与拟静力试验的静力性能是否一致、差异的大小和程度是影响隔震结构安全性的关键问题,有必要开展深入研究。本文针对目前应用最为广泛的铅芯橡胶支座开展拟静力试验和模拟地震振动台动力试验的对比研究,分析不同地震波、不同剪应变作用下铅芯橡胶支座滞回曲线、屈服后刚度以及屈服力等力学性能参数的变化规律,进而提出考虑实际地震动力影响的静力性能修正公式。结果表明:拟静力试验与振动台动力试验相比,前者滞回曲线面积和力学性能参数均比后者大,说明目前隔震设计时直接采用静力试验的结果会夸大支座的耗能能力,给真实隔震结构带来安全隐患;而本文提出的静力性能修正公式则考虑了实际地震对支座的动力影响。本文的研究为工程隔震设计提供了参考,对于保证隔震结构的安全性和可靠性具有重要的理论意义和现实意义。 展开更多

关键词 铅芯橡胶隔震支座 静力和动力性能参数 拟静力试验 振动台试验 修正公式

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考虑尺寸效应的近海桥梁天然橡胶隔震支座力学性能老化时变规律研究 被引量：2

5

作者 李艳敏 马玉宏 赵桂峰 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期169-177,共9页

目前天然橡胶支座(NRB)的性能研究大多未考虑尺寸效应,在前期开展的近海桥梁隔震支座和材料老化时变规律研究的基础上,同时考虑支座直径尺寸变化和老化作用时间的影响对NRB的性能进行研究。首先采用ABAQUS有限元软件对不同直径尺寸NRB... 目前天然橡胶支座(NRB)的性能研究大多未考虑尺寸效应,在前期开展的近海桥梁隔震支座和材料老化时变规律研究的基础上,同时考虑支座直径尺寸变化和老化作用时间的影响对NRB的性能进行研究。首先采用ABAQUS有限元软件对不同直径尺寸NRB的性能进行分析,得到了NRB性能随直径尺寸的变化规律;然后结合前期老化作用对NRB及其橡胶材料性能时变规律的影响研究成果,分析了直径尺寸及老化作用时间共同作用下,NRB性能的变化规律,并通过ABAQUS有限元分析,验证了该变化规律的准确性。结果表明:NRB的水平刚度和竖向刚度均随其直径尺寸的增大呈正比例增大趋势;NRB水平刚度比和竖向刚度比均随老化作用时间的增长呈线性增大趋势;且直径为150mm的NRB在实际环境老化60a后,其水平刚度和竖向刚度的增长幅度分别为:30.8%和16.41%,由此可见老化作用时间对NRB水平刚度的影响较显著,对其竖向刚度的影响较小。研究内容可为隔震桥梁结构中支座缩尺模型试验的相关设计提供参考,并为将实验室缩尺橡胶隔震支座的相关成果较好地应用于实际工程计算及设计中提供依据。 展开更多

关键词 直径尺寸 老化时间 近海桥梁 天然橡胶隔震支座 水平刚度 竖向刚度 时变规律 有限元分析

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凸轮式响应放大摩擦阻尼器基于性态目标的能量设计方法

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作者 赵桂峰 刘泽明 +2 位作者 陈嘉佳 马玉宏 刘伟 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第30期13048-13055,共8页

在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper,CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减... 在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper,CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减震结构标准能量设计反应谱,提出了CRAD-FD基于性态目标的能量设计方法;以某10层RC框架结构为例,在设防、罕遇、极罕遇地震作用下验证了该方法的可靠性。研究表明:所推导的CRAD-FD的能量解析解正确,所提出的基于性态目标的能量设计方法可靠;消能减震结构通过CRAD串联小吨位摩擦阻尼器的减震与耗能效果可与直接安装大吨位阻尼器的效果相差无几或更优,体现了CRAD的响应放大效应。 展开更多

关键词 摩擦阻尼器 凸轮式响应放大技术 能量解 能量设计方法 抗震性能

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老化-海蚀循环作用下高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料性能劣化规律 被引量：8

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作者 刘荣 马玉宏 +1 位作者 赵桂峰 王康康 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期166-173,共8页

考虑到设置于跨海大桥位置较低处的隔震支座可能会遭受海水侵蚀和老化的循环作用,开展了高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料海蚀-老化循环作用试验,研究了橡胶的硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率随劣化时间和劣化深度的变化规律。结果表明... 考虑到设置于跨海大桥位置较低处的隔震支座可能会遭受海水侵蚀和老化的循环作用,开展了高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料海蚀-老化循环作用试验,研究了橡胶的硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率随劣化时间和劣化深度的变化规律。结果表明,老化-海蚀循环作用对橡胶性能影响较大。随着老化-海蚀循环作用时间的延长,橡胶的硬度、定伸应力呈增长趋势,试验150 d后分别增长了21.05%和128.87%~244.95%;拉伸强度和扯断伸长率则呈减小趋势,试验150 d后分别下降了55.86%和76.52%,这对高阻尼橡胶隔震支座的极限变形能力和抗拉能力极为不利。经历150 d老化-海蚀循环作用后,硬度和定伸应力主要在劣化深度20 mm范围内增大,表层橡胶分别增长19.3%和87.04%~100.77%;拉伸强度和扯断伸长率在劣化深度10 mm范围内下降,表层橡胶分别减小44%和57.9%,说明橡胶材料性能劣化主要发生在距离表面较近的部分,内部橡胶性能变化较小。 展开更多

关键词 老化-海蚀循环 高阻尼橡胶 隔震支座 性能劣化

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冻融循环与热老化交替作用下天然橡胶力学性能试验 被引量：4

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作者 洪迪甫 马玉宏 赵桂峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第14期84-91,共8页

考虑北方地区暴露在空气中的建筑橡胶隔震支座冬季时段和夏季时段分别受到冻融循环和热老化作用,极有可能影响支座隔震效果的正常发挥。为此,开展了天然橡胶材料的冻融循环和热老化及其交替作用试验,研究了天然橡胶材料力学性能随时间... 考虑北方地区暴露在空气中的建筑橡胶隔震支座冬季时段和夏季时段分别受到冻融循环和热老化作用,极有可能影响支座隔震效果的正常发挥。为此,开展了天然橡胶材料的冻融循环和热老化及其交替作用试验,研究了天然橡胶材料力学性能随时间及劣化深度的变化规律。结果表明:热老化作用是影响橡胶材料硬度、定伸应力的主要因素;在冻融循环和热老化作用下,拉伸强度和拉断伸长率呈现出随时间降低的趋势,且二者交替作用的影响并不是简单的叠加。冻融循环作用下,橡胶块在深度方向上硬度影响不大,但定伸应力在最外层区域内影响较大。在热老化作用、冻融循环-热老化交替作用下,橡胶块最外层20 mm的硬度、定伸应力影响较大。橡胶块在劣化深度方向上的拉伸强度和拉断伸长率的影响在表层20 mm最为明显。以上研究成果可为橡胶隔震支座性能劣化规律研究以及隔震结构全寿命性能评估提供依据。 展开更多

关键词 冻融循环 热老化 交替作用 橡胶隔震支座 橡胶材料 力学性能

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初始剪切变形对铅芯橡胶支座性能影响分析 被引量：7

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作者 陈波 马玉宏 +1 位作者 赵桂峰 管庆松 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第19期8332-8340,共9页

为了研究初始剪切变形对铅芯橡胶支座力学性能与大剪切变形时内部应力的影响规律,首先基于厂家提供的支座规格参数得到铅芯橡胶支座有限元模型,验证试验数据与有限元计算结果模型的正确性;然后分析支座尺寸、形状系数、竖向压力等不同参... 为了研究初始剪切变形对铅芯橡胶支座力学性能与大剪切变形时内部应力的影响规律,首先基于厂家提供的支座规格参数得到铅芯橡胶支座有限元模型,验证试验数据与有限元计算结果模型的正确性;然后分析支座尺寸、形状系数、竖向压力等不同参数,对有初始剪切变形的铅芯橡胶支座100%水平性能、内部钢板橡胶最大应力比的影响,并进行大剪应变下支座内部应力分析。结果表明:与无初始剪切变形相比,铅芯橡胶支座的100%水平刚度随着压应力、初始剪切变形、支座形状系数的变化最大为5%,影响程度较小;有初始剪切变形对橡胶隔震支座100%剪应变条件下的橡胶和钢板应力有一定的影响,但基本未达到橡胶材料的拉伸强度和钢板的屈服强度,支座处于安全状态;有初始剪切变形对橡胶隔震支座250%以上剪应变条件下的橡胶和钢板应力有很大的影响,不同剪应变条件下的橡胶或钢板应力均可能达到拉伸强度或钢板的屈服强度,支座有极大的损伤风险;通过分析,建议支座实际剪应变为400%、350%、300%、250%、200%及100%时,其初始变形分别不能超过0、20%、70%、120%、170%及270%。 展开更多

关键词 铅芯橡胶支座 水平等效刚度 初始剪切变形 参数分析 应力分析

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三层圆环摩擦弹簧的静力性能分析 被引量：2

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作者 陈浩宇 赵桂峰 +1 位作者 马玉宏 孔思华 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第2期707-715,共9页

在圆环摩擦弹簧(ring friction spring,RFS)的基础上,提出了一种新型三层圆环摩擦弹簧(three-layer ring friction spring,TRFS)。首先,介绍其基本构造形式,分析其工作机理,推导其滞回行为的理论公式。其次,采用ABAQUS软件建立多组弹簧... 在圆环摩擦弹簧(ring friction spring,RFS)的基础上,提出了一种新型三层圆环摩擦弹簧(three-layer ring friction spring,TRFS)。首先,介绍其基本构造形式,分析其工作机理,推导其滞回行为的理论公式。其次,采用ABAQUS软件建立多组弹簧精细化有限元分析模型,并与理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。进而分析不同参数对弹簧的滞回行为和截面应力分布状态的影响。结果表明,TRFS的滞回行为表现为“三角形”滞回模型,其加卸载阶段刚度和耗能能力受内外环倾角和摩擦系数的影响较大,而截面应力分布状态则主要受到内外环倾角的影响,且与相同规格的RFS相比,在产生相同轴向往复位移前提下,TRFS具备更大的承载能力、自复位能力及绝对耗能,内部空间的利用率更高。最后,还提出了一种内置三层圆环摩擦弹簧的自复位阻尼器,可将其应用于建筑结构抗震领域。 展开更多

关键词 三层圆环摩擦弹簧 数值模拟 滞回行为 截面应力状态

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模块化钢框架单元新型盒式连接节点及其设计方法 被引量：9

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作者 秦佳俊 谭平 +2 位作者 尚继英 李一明 戴淑丹 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第3期37-43,共7页

提出一种模块化钢框架单元(以下简称“模块单元”)的连接方法,采用盒式连接组件(BCC-1和BCC-2)、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理,并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点(以下简称:“盒式节点”... 提出一种模块化钢框架单元(以下简称“模块单元”)的连接方法,采用盒式连接组件(BCC-1和BCC-2)、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理,并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点(以下简称:“盒式节点”)的设计流程和设计方法。以某11层模块化钢框架办公楼为例,分别对一角节点和边节点进行设计,并采用有限元软件Abaqus对节点进行循环往复加载,以验证节点的抗震性能。结果表明:角节点、边节点的塑性铰均先在BCC-1、BCC-2腹板上形成,可以在震后快速更换BCC-1、BCC-2,以恢复节点使用功能;角节点和边节点均符合ANSI/AISC 360-10规范对半刚性节点的要求,且节点滞回曲线均饱满,抗震性能好;节点极限抗弯承载力预测值与有限元结果的比值均大于90%,说明盒式节点构造、设计理念以及提出的连接设计方法合理。 展开更多

关键词 模块化钢框架 盒式连接节点 节点刚度 抗震性能 设计方法

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