顶层悬挂结构体系的减震研究_郑先超
建筑减隔震技术应用综述
第 40 卷第 1 期2024 年2 月结构工程师Structural Engineers Vol. 40 ， No. 1Feb. 2024建筑减隔震技术应用综述王流1，2，3，*王新娣1，2刘卓1，2（1.无锡建顾减隔震科技有限公司，无锡 214104； 2.上海佑铁轨道科技有限公司，上海 200092；3.云南双翔建设检测技术有限公司，昆明 650599）摘要随着我国《建设工程抗震管理条例》于2021年9月1日的颁布施行，减隔震技术在“两区八类”建筑上已作为强制性的执行技术措施。
对现阶段国内外常用的结构减隔震技术的应用情况进行了总结，分别介绍了减隔震的产品体系、减隔震结构的工作原理及减震效果、减震与隔震的经济性等对比，以及如何做到满足设防地震作用下正常使用要求。
关键词减隔震产品体系，减隔震的工作原理，减震与隔震的经济性等对比，正常使用要求Overview of Building Seismic Mitigation and IsolationWANG Liu1，2，3，*WANG Xindi1，2LIU Zhuo1，2（1.Wuxi Jiangu Seismic Reduction and Isolation Technology Co. LTD.， Wuxi 214104， China；2.Shanghai Youtie Rail Technology Co.LTD.， Shanghai 200092， China；3.Yunnan Shuangxiang Construction Testing Technology Co.LTD.， Kunming 650599， China）Abstract With the promulgation and implementation of the Administrative Regulations on Earthquake Resistance of Construction Projects in China on September 1，2021，the seismic mitigation and isolation technology has been used as a mandatory technical measure in buildings within two zones and eight categories. In this paper， the authors summarize the application of structural vibration reduction and isolation technology commonly used in China at this stage. This paper introduces the product system of seismic absorption and isolation，the working principle and damping effect of seismic absorption and isolation structures，the comparison between the economy of seismic absorption and isolation，and how to meet the normal use requirements of buildings under the action of earthquake fortification.Keywords seismic mitigation and isolation product system，working principle of seismic mitigation and isolation，comparison of economy between seismic absorption and isolation，requirements for normal use of buildings0 引言1972年，美籍华裔学者姚治平首次将振动控制理论应用于结构抗震设计，提出消能减震的概念［1］。
中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究
第6期(总第278期） 蜮廣沾采2022 年 6 月 URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL
DOI: 10.16799/j.cnki.rsflqyfh.2022.06.056
科技研究
中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究吴学平\李闯2,叶爱君1(1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海市200092; 2.浙江数智交院科技股份有限公司，浙江杭州310013)
摘要：中小跨度斜交连续梁桥普遍采用板式橡胶支座，在地震作用下，主梁与支座间容易发生滑动，同时主梁 会发生平而内转动，落梁风险较大。以中等烈度区一座三跨斜交连续矮T梁桥为工程背景，建立板式橡胶支座支 承的斜交桥有限元模型，采用非线性时程分析方法，进行地震反应特性分析，针对性地提出了板式橡胶支座（允 许滑动）+钢阻尼器的组合减震体系，并对提出的减震体系做了位移控制效果分析。结果表明：在地震作用下，斜 交桥中板式橡胶支座极易发生滑动，从而增大主梁地震位移并丧失自复位能力，但只要不发生主梁与桥台（挡 块）的碰撞，主梁平面内转动的影响可以忽略不计；板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁 纵横向位移，并限制主梁平面内转动。关键词：斜交桥；板式橡胶支座；矮T梁；抗震体系；钢阻尼器中图分类号：U443.2 文献标志码：A
0引言斜交桥在高速公路和城市道路中较为常见m。中 小跨度斜交连续梁桥通常采用普通板式橡胶支座， 由于斜交角的存在，斜交桥锐角侧恒载支反力小于 对应直桥恒载支反力m，在相同的地震动输入下，斜 交桥比对应直桥更容易产生板式支座的滑动。在汶 川地震中，板式橡胶支座桥梁由于支座滑动导致的 桥梁移位震害非常常见，而斜交桥中支座滑动还会 使主梁发生平面内转动，因此主梁移位震害更为严 重|31。图1是汶川地震中一座多跨简支斜桥主梁平面 内转动后的主梁移位震害，主梁产生平面转动后，锐 角侧撞击横向挡块，钝角侧撞击桥台或相邻主梁，加 剧主梁平面内旋转，增大落梁风险。因此，有必要研 究斜交连续梁桥的合理抗震体系，解决其在地震中 普通板式橡胶支座滑动后导致结构缺乏回复力，地 震位移难以估计的问题。
新型错层隔震结构应用研究
新型错层隔震结构应用研究发布时间：2021-11-03T01:06:44.655Z 来源：《科学与技术》2021年7月21期作者：招继炳，刘德稳，赵甜鸽，张远，郑艳萍，马丙兴，杨宇彤，高亮，彭福松，单航，李芷昂，徐靖然[导读] 新型错层隔震结构体系是有别于传统隔震结构体系的一种新型减震控制体系，招继炳，刘德稳，赵甜鸽，张远，郑艳萍，马丙兴，杨宇彤，高亮，彭福松，单航，李芷昂，徐靖然西南林业大学土木工程学院云南昆明 650000摘要：新型错层隔震结构体系是有别于传统隔震结构体系的一种新型减震控制体系，通过设置不在同一层的隔震支座来消耗地震能力量。
新型错层隔震结构既结合了基础隔震的减震效果好的特点，又结合了层间隔震隔震层设置灵活的优势。
新型错层隔震体系应用研究为减震减灾有着了深远的意义。
关键词：新型错层隔震体系；三维地震；应用研究1引言隔震技术成为世界各国工程结构科技人员的热点研究对象，芦山县人民医院门诊综合楼为基础隔震结构，基础与首层之间设置隔震层，框架结构，于2013年抵抗经受住了雅安7.0级地震检验；东京汐留住友大厦为层间隔震结构，隔震层设置在结构的13层顶，地下结构形式为钢筋混凝土结构+扩底灌注桩，地上结构形式为钢结构，建成于2008年。
新型错层隔震结构是基础隔震和层间隔震体系结合发展的一种新型隔震结构。
传统隔震结构体系将隔震支座全部设置在上部结构与基础之间或某一层中，而新型错层隔震结构将隔震层分别设置在不同层，整体形成“凹凸”外形，如图1所示。
新型错层隔震技术的运用，解决因电梯下沉、山地掉层等实际情况不能采用层间隔震的问题。
基础隔震结构层间隔震结构新型错层隔震结构图1基础隔震结构、层间隔震结构和新型错层隔震结构示意图Fig. 1 Schematic diagram of basic seismic isolation structure, interlayer seismic isolation structure and new staggered seismic isolation structure.2新型错层隔震结构应用研究的意义地震是一种常见的天灾，具有严重的破坏性和毁灭性，它的到来给予人们严重的生命财产损失。
带转换层的框架-核心筒结构减震研究的开题报告
带转换层的框架-核心筒结构减震研究的开题报告一、研究背景与意义核心筒结构普遍采用抗震墙来进行减震，但是在一些地区，安装抗震墙会面临使用空间的限制，因此需要寻找新的解决方案。
在此背景下，带转换层的框架成为一种具有潜力的减震措施。
带转换层的框架主要是在建筑物中央设置一个刚性转换层，将上部结构和下部构造物的刚度不同的结构巧妙相连，通过转换层将两部分结构的横向位移有效协调，以此达到减震的效果。
在新型建筑结构中，带转换层的框架在抗震设计方面已经成为一个热门的研究课题。
二、研究目标本研究旨在通过理论分析、数值模拟及实际测试的方式，研究带转换层的框架对于核心筒结构的减震效果，并提出相应的建议和改进措施。
三、研究内容1.利用ANSYS有限元软件对带转换层的框架进行建模和动力分析，分析转换层的位置和大小对于结构损伤的影响。
2.采集原型建筑的监测数据，通过分析大型试验数据，核对数值分析结果的准确性和可靠性。
3.分析转换层的形状和位置对于土壤-结构交互作用的影响，并进行优化设计。
4.研究带转换层的框架对于地震荷载的响应特性，在偏心载荷作用下，分析转换层的性能。
四、预期成果本研究的预期成果有：1.建立带转换层的框架模型，并对模型进行动力分析，确定最优位置和大小。
2.对于某一核心筒结构进行原型试验，采集大量有关建筑物振动特性和响应的数据。
3.通过对试验数据和数值分析结果的比对，得到带转换层的框架减震效果的优化设计。
4.提出关于优化带转换层框架减震效果的建议，为今后的相关研究提供参考。
五、研究方法1. 应用ANSYS有限元软件建立带转换层的框架模型，模拟结构在地震荷载下的响应情况。
2. 使用大型振动台试验验证抗震效果，并分析试验结果。
3. 采用相似性理论分析对框架的优化设计，并给出改进措施。
4. 对试验数据和数值分析结果进行对比分析，检验模型的准确性和可靠性。
六、研究进度计划本次研究旨在在一年时间内完成所有研究工作。
大致计划如下：第一阶段：文献调研和分析，建模和动力分析（3个月）第二阶段：原型试验和试验数据采集（4个月）第三阶段：相似性理论分析和优化设计（3个月）第四阶段：数值分析结果与试验结果对比分析及成果总结（2个月）七、研究经费预算本课题的经费预算包括设备费、材料费、差旅费、会议费、出版费等，总计500万元左右。
首层柱顶隔震技术应用
÷ ０．０ ８
０． ０ ６ 口 Ｏ． Ｏ ４
、
、
、
隔震层 以阻断水 平地 面运动传 到 上部结构 ； 同时在
隔震层 内设阻尼器 以控 制风的作用 和地震引起隔 震层过大位移【 ． １ ３ 图 说明了隔震设计原理 ． Ｊ 曲线 ａ
第２ ７卷 第 ６期
２Ｏ 年 ｌ Ｏ９ １月
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ｉ ｕｉ ｎｖｒ ｔ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅＥ ｉ ｎ ｏｒ ａ ｓ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ） ａ ｏ Ｊｍ ｅ ｉ ｕｌ ｅ ｉ ｏ
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ． １２ ６ Ｎｏ ｖ． ２０ ０９
１ 隔震 原 理
据记 载 早 在 １０ ９ ２年 就 有 底 部 隔震 的 建 议 文 章 ． 】近一 百年 由于 多方面技 术发 展使 隔震技 术 由 空想 变为现 实 ． 隔震 的 原 理是 在 结构 底 部水 平 面 内设 置 柔性
｝ ／ｂ ： 干隔 《 ｆ用 震｛ 构白力
８１ ４
２ 首 层柱 顶 隔震 优 缺 点
隔震体系通过延长结构 自振周期可显著减小 结 构 的水平 地震 作用 ． 现在 建 筑大 多采 用基础 隔震
（ 图２， 见 ） 因为 这 种 分 割底 部 隔 震层 最 简单 ， 底 、 柱
顶 隔震建 筑 ， 震 技 术 发展 相对 比较 成 熟 汶 川 隔 副． 大 地震 的发生 使 隔震设 计更显 得必要 而 紧迫 ．
倍， 这主要 是 由于 设计 荷 载 系数 ， 材料 实 际强 度大
生延性破坏为代价达到抗震要求 ， 因此震后需要大
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2006年10月安阳工学院学报Octo.2006
第5期(总第23期)JournalofAnyangInstituteofTechnologyNo.5(Gen.No.23)
*收稿日期:2006-07-07
作者简介:郑先超(1972～),男,信阳人,安阳工学院建筑工程系教师,硕士。主要研究方向:结构工程。
顶层悬挂结构体系的减震研究
郑先超
1 赵 军1 张玉霞2
(1.安阳工学院;2.安阳市公路管理局,河南安阳455500)
摘 要:通过对顶层的不同的悬挂质量结构体系的计算进行推导,并进行分析比较,得出顶层串式设多个悬挂质量体系
是各悬挂质量结构体系中减震效果最好的结构体系。
关键词:悬挂质量;减震性能;地震反应
中图分类号:TU234 文献标识码:A 文章编号:1673-2928(2006)05-0005-05
对于高层建筑,在地震的作用下,往往由于刚度不足而影响使用要求或安全。因此,地震区建筑物的抗
震设计十分重要,如何使建筑物具有良好的抗震性能,减少地震对建筑物造成的危害,传统的方法是依靠
“加强”结构本身的强度、刚度及变形能力等抵抗地震作用。这种方法已被证明有许多不足之处。悬挂质量
结构体系是被动调谐减震体系,是一条安全,有效,合理的新途径。
悬挂结构受力传力清楚,有利于抗震。实际震害表明,悬挂结构通过悬挂部分的摆动调整结构的振动频
率,达到振动控制的效果。对于采用被动质量调谐减震控制的多质点结构体系,子结构一般设于顶层,以控
制第一振型的最大位移,从而达到最优减震控制效果。
1 悬挂质量的减振机理
把悬挂质量悬挂在结构上,在荷载作用下体系产生振动,从而带动悬挂质量的摆动,悬挂质量的惯性力
则反作用于结构本身,达到控制结构振动的目的。考虑一种最简单的情况,减振体系如图1所示
[6]
。
悬挂质量的运动方程为:
(1)
受控结构的运动方程为:
(2)
其中:[M]为主结构质点矩阵;[C]为主结构阻尼矩阵;[K]为主结构刚度矩阵;{x}为主结构各层相对于地
5
面的位移向量;{}为主结构各层相对于地面的速度向量;{}为主结构各层相对于地面的加速度向量;为
子结构所在位置单位向量。
2 计算模型
[2、3、5]
2.1 顶部有悬挂质量
如果只有顶部有悬挂质量,则其计算模型如图2所示。
假设共有层,在线性振动情况下,悬挂质量的垂直振动与结构构架的水平振动之间不相耦合,在水平地
震作用下,不考虑悬挂质量的垂直震动,这样每个悬挂质量在水平方向只有一个自由度,则结构的自由振动
方程为(不考虑阻尼):[M]{}+[K]{x}=0(3)
式中:
质量矩阵: [M]=diag[M1,M2,…Mn,m1]
2.2 顶部三层有悬挂质量
顶部三层各悬挂一质量的多层框架结构计算模型如图3所示,结构的自由振动方程同式(3),式中刚度
矩阵[K]可写成如下的分块矩阵:
质量矩阵: [M]=diag[M1,M2,…Mn,m1,m2,m3]
式中:ki(i=1,2,…,n)为各楼层侧移总刚度;Mi(i=1,2,…,n)为各楼层质量;mi(i=1,2,3)为各楼层悬挂
质量;li(i=1,2,3)为各楼层悬挂杆杆长。
2.3 顶层串式悬挂质量
如果只有顶层串式悬挂三个质量,则其计算模型如图4所示。结构的自由振动方程同式(3),式中刚度
矩阵[K]可写成如下的分块矩阵
6
质量矩阵: [M]=diag[M1,M2,…Mn,m1,m2,m3]
2.4 顶层并式悬挂质量
如果只有顶层并式悬挂三个质量,则其计算模型如图5所示。
结构的自由振动方程同式(3),式中刚度矩阵[K]可写成如下的分块矩阵
7
3 数值计算分析
为了分析不同悬挂质量体系的减震效果,对表1中七层框架分下述五种方案进行地震反应分析
[1]
。
表1 七层框架体系的基本参数(悬挂质量比β=0.5,悬挂杆长度ι=0.5)
方案一,每层均无悬挂质量;方案二,只有顶层设一个悬挂质量;方案三,顶部三层均设一个悬挂质量;方
案四,在顶层串式设三个悬挂质量;方案五,在顶层并式设三个悬挂质量。
考虑地震烈度为8度,设计地震为第一组,场地土为Ⅱ类,表2列出各悬挂体系的频率值。
表2 各悬挂体系的频率比较
表2可知,方案2,3,4,5增加了悬挂体系,结构的一阶频率降低,周期增大,其中方案4的一阶频率最
小,这说明其悬挂体系以低频振动的形式吸收地震能量最多,其减震性能最好。方案3,4,5的前几阶频率都
降低许多,这说明对前几阶振型的最大位移的控制非常有利。
用下面定义的减震率来研究悬挂质量的减震效果:
α=x0-x1x0×100%
式中:α为减震率,x0为非悬挂质量体系楼层的最大剪力,x1为悬挂质量体系的楼层最大剪力,表3列出各
方案的层间剪力及减震率。
表3 各悬挂体系的减震率比较
从计算的结果可以看出,无论顶层的哪种悬挂质量体系,各楼层的剪力都较非悬挂质量体系的楼层剪力
小,说明悬挂质量体系都有良好的减震效果。在悬挂质量相等的条件下,方案4即顶层串式设三个悬挂质量
体系,其减震率较大,减震效果最好。方案3,5的减震效果比较接近。
4 结论
通过以上对各方案悬挂质量体系的数值计算与分析,可以得出以下结论:不同的顶层悬挂质量体系,都
有良好的减震性能,悬挂方式不同,对结构的减震效果影响很大,通过以上的计算可以发现,在悬挂总质量保
持不变的前提下,顶层设置多个悬挂质量的各结构体系,其减震效果都较好。在实际工程中,按具体情况而
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定,选择适当结构体系。顶层串式设三个悬挂质量体系,其减震率较大,减震效果最好;顶层并式设三个悬挂
质量体系,其减震率较小。但是方案4的施工难度较大,而方案3、5的施工难度相对较小。
参考文献:
[1]杨艳华,曾纪鹏,徐彬.顶层悬挂体对结构抗震性能的影响[J].昆明理工大学学报,2003(28):385—389.
[2]王玉朋,魏琏.悬吊质量结构的抗震计算及减震性能分折[J].建筑结构,1990(5):2—8.l
[3]李宏男,宋本有.高层建筑利用悬吊质量摆的减震研究[J].地震工程与工程振动,1995,15(4):55—50.
[4]王肇民,刘学利,张旭升.悬挂质量摆对电视塔的风振控制研究[J].特种结构,1997,14(3):44—48.
[5]刘文玲,罗兆辉.悬挂质量结构的减震性能分析[J].天津城市建设学院学报.2001,7(3):154—158.
[6]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,1997.
ResearchontheTopFloorSuspendStructures
ontheSeismicResistance
ZHENGXian-chao ZHAOJun ZHANGYu-xia
(AnyangInstituteofTechnology,Anyang455500,china)
Abstract:Thedifferentsuspendedstructureswithmassesonthetopflooranditsearthquakeeffectsareanalyzed.Thebestsuspending
structuresystemwithshock-absorbingisobtainedbycalculation.
KeyWords:suspendedstructure;earthquakeeffect;shock-absorption
(责任编辑 郝安林)
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