大跨空間結構三維橡膠支座隔震設計研究范文

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1、 大跨空間結構三維橡膠支座隔震設計研究 1 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 東南大學 -海達股份隔震技術聯(lián)合研發(fā)中心 計劃項目申報書

2、 項目領域： 大跨空間結構隔震 項目名稱： 大跨空間結構三維橡膠支座隔震設計研究項目申請人：馮若強 聯(lián)系電話： 83790910 郵件地址： 申請院系：土木工程學院建筑工程系 申報日期： .5.6 東南大學 -海達股份隔震技術聯(lián)合研發(fā)中心 二○一三年制 2 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 一、項目立

3、項的意義及必要性 隨著社會整體發(fā)展，建筑科學技術水平的不斷進步以及人類生活的改進，規(guī)模宏大、形式新穎、技術先進的大跨空間結構在世界各國應運而生，結構形式向高、輕、大這三個方向發(fā)展?？臻g結構具有空間跨度大，結構整體剛度大，結構受力合理，耗材少、重量輕等優(yōu)點，致使大跨空間結構體系具有廣闊的應用前景。隨著中國國力的不斷增強，將需要建造更多更大的大空間建筑物。大跨度結構往往是人群集合和配置重要設施的場所，如何在設計和建造階段就使它們具有足夠的抗震能力和合理的安全度一直備受關注。隔震技術由于能夠全面改進結構的抗震防災性能和正常使用功能，因此受到各國科研人員的青睞，因而大跨結構的隔震已經(jīng)成為當今

4、結構隔震控制理論和應用研究的一個重要方向。 隔震結構的本質就是使結構或結構部件與可能引起的地面運 動或支座隔離開來，在許多的應用中，隔震裝置是安裝在支座位 置或基礎位置。放在基礎位置，稱為基礎隔震，放在支座部位， 稱為支座隔震，如圖 1所示。隔震結構的基本目的，就是要大大減 小傳到結構上的地震作用和能量?？墒?，地震荷載作用下，大跨 空間結構具有較為復雜的動力特性，其振型表現(xiàn)為水平或豎直方 向的運動，同時也可能是水平和豎直方向運動的耦合。當前對于 大跨空間結構研究主要集中在水平隔震方面，而對大跨空間結構

5、 3 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 豎向隔震研究并不多。應用最為廣泛的普通疊層橡膠支座（板式橡膠支座和盆式橡膠支座）暴露出諸多缺點：首先，它豎向剛度很大，對豎向地震作用幾乎沒有隔震效果；其次，它水平剛度很小，在減震的同時放大了上部結構的水平位移，而橡膠本身回復力差，導致在大變形下很難回復到原位。而抗拔球形鋼支座，耗能能力不足。因此采用三維隔震支座是十分必要的。 （ a）支座隔震 （ a）基礎隔震 圖 1 大跨結構隔震方案 適用于大跨空間結構三維復合隔震的支座必須滿足以下要

6、 求：能水平與豎向隔震隔震；良好的耗能能力；震后自復位功能；耐候、耐久性強；具有足夠的抗拔與轉動能力。另外，支座的高度不宜太大，否則在隔震支座處會出現(xiàn)較大的附加彎矩，不利于支座的穩(wěn)定。 當前正在研究中的三維隔震支座有形狀記憶合金 -橡膠復合支座、形狀記憶合金 -橡膠 -碟形彈簧復合支座、碟形彈簧一橡膠隔震支座、摩擦—彈簧三維復合隔震支座，摩擦擺—碟形彈簧支座。 這些三維隔震支座各有優(yōu)缺點和適用范圍，需要根據(jù)大跨空間結構自身特點，從中選擇較為適合的隔震支座類型。 形狀記憶合金 -橡膠復合支座包括形狀記憶合金和橡膠兩個部 4 2020 年

7、4 月 19 日 文檔僅供參考 分，橡膠支座有一定的減震作用，可是由于其為高分子化合物，老化較快，剛度小，變形大，造成安全隱患，無法調節(jié)結構內(nèi)力。大跨結構跨度大，支座多，因此其應用受到限制。形狀記憶合金的越彈性恢復力特性解決了上述問題。利用形狀記憶合金的超彈性恢復力特性，在地震作用下，經(jīng)過橡膠剪切變形，形狀記憶合金絲的超彈變形，耗散大量地震能量，使上部結構地震反應 減小。由于形狀記憶合金絲的純馬氏體彈性模量為 20-30GPa，故其有極大的極限應變剛度，從而能夠防止隔震層位移過大而導致支座失穩(wěn)。 形狀記憶合金 -橡膠 -碟形彈簧復合支座采用疊層橡膠支座

8、、形 狀記憶合金絞線和碟形彈簧復合而成，即在 SMA一疊層橡膠支座的基礎上，上部串聯(lián)碟形彈簧而成。支座下部采用兩組交叉的形 狀記憶合金 (SMA)絞線，繞過固定于對面鋼板上的滑輪并同定于鋼板一側的兩個邊緣，只要疊層橡膠支座的上下兩個鋼板發(fā)生水平相時位移， SMA絞線就會隨著支座的變形而產(chǎn)生形變，從而提供回復力和阻尼。支座上部的豎向隔震裝置由四片碟形彈簧兩兩對合組合串聯(lián)在一起，然后在中心設置導向筒，由導向筒來限制碟形彈簧的水平位移，使它幾乎只能發(fā)生豎向位移。在外部布置剛性外殼既能起到保護內(nèi)部碟形彈簧的作用，叉便于上部結構的安裝與連接。經(jīng)過碟簧片數(shù)和型號的不同來變剛度，進而調節(jié)

9、支座豎向剛度，達到很好的璧向隔震效果。 5 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 碟形彈簧一橡膠隔震支座采用疊層橡膠支座和碟形彈簧復合而成，其能夠抵抗水平地震作用，又可減輕豎向地震反應，具有三維隔震的效果。下部隔震支座結構在地震作用下，經(jīng)過水平變形避開地震的卓越周期，上部的碟形彈簧是一種南鋼板沖壓成碟形的薄板彈簧，與其它類型的彈簧相比，它的軸向尺寸較小，徑向尺寸較大，呈扁平型，具有體積小、承載能力大、緩沖和減震 能力強的優(yōu)點，采用不同的組合方式 (疊合或對合 )能夠得到不同的負荷及變形特性，適合于軸向空間緊湊、橫向空間較寬而負荷較

10、 大的場合。將碟形彈簧應用在結構隔震領域，能夠經(jīng)過調整碟形彈簧的規(guī)格和組合方式來獲得所需的剛度，即保證能承受上部結構的自重同時在豎向隔震方面起到良好效果。 摩擦—彈簧三維復合隔震支座水平隔震擬采用滑移隔震，豎向隔震采用豎向彈簧，彈簧設置導向裝置。普通摩擦隔震器的優(yōu)點是受地面運動頻率特性的影響很小，不會發(fā)生共振現(xiàn)象，缺點是結構的滑移量隨地震強度的增加而增大。靜、動摩擦系數(shù)之差對隔震性能影響較大，由于動摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小，滑動一旦開始，速度不斷增加，當摩擦阻力減小較大時，就會出現(xiàn)類似于負剛度現(xiàn)象，這不但會造成滑移量大，有時甚至可能出現(xiàn)滑移失穩(wěn)。因此，需匹配合適的限位復位機構。采用普通摩擦滑移隔震器，其限位、復位與抗滑移失穩(wěn)經(jīng)過并聯(lián)輔助裝置實現(xiàn)。由予普通摩擦滑移隔震器具有動摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小和可能出現(xiàn) 6 2020 年 4 月 19 日