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用于可移动文物的三种隔震系统减震性能对比

用于可移动文物的三种隔震系统减震性能对比

作者：孙刚中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

可移动文物保护始终是人类保护和延续历史文化的重要课题。针对历次破坏性地震中可移动文物大量损坏的现象,采取预防性保护措施对避免可移动文物的损坏意义重大。本文基于隔震理论,围绕可移动文物的地震防护需求,提出了非线性准零刚度... 详细信息

可移动文物保护始终是人类保护和延续历史文化的重要课题。针对历次破坏性地震中可移动文物大量损坏的现象,采取预防性保护措施对避免可移动文物的损坏意义重大。本文基于隔震理论,围绕可移动文物的地震防护需求,提出了非线性准零刚度文物隔震系统、基础调谐质量阻尼器文物隔震系统和基于仿生学的二级摆文物隔震系统三种新型文物隔震系统,并通过理论分析、数值模拟,给出了三种隔震系统的动力响应规律,主要研究内容和结论如下:1.构建了非线性准零刚度文物隔震系统的刚度模型与运动平衡方程,使用谐波平衡法与牛顿迭代联合法进行理论分析,对在地震动激励作用下的动力模型进行数值分析。结果表明:非线性系统在低频阶段存在不稳定区域,提高系统的阻尼比和刚度都会降低系统的不稳定区域,使其趋于线性化;增加阻尼比可以降低隔震系统的有效起始频率,但在隔震有效频率范围内会使传递系数增大;增加弹簧刚度会增大隔震系统有效初始频率。数值分析结果表明隔震系统在不稳定区域范围内只存在两个稳定解,系统的响应状态与系统初始状态相关;实际地震动激励作用下能显著降低系统的加速度响应;对于长周期成分较少的地震动,输入加速度峰值变化,隔震系统的减震系数基本不变,但对于长周期成分较多的地震动,减震系数随输入加速度峰值的变化较为敏感,表明系统对于短周期地震动的隔震性能更好,与在简谐激励作用下的理论分析结果一致。2.构建了基础调谐质量阻尼器文物隔震系统的运动平衡方程,使用谐波平衡法进行理论分析,对在地震动激励作用下的动力学模型进行数值分析。结果表明:随着质量比的增加,系统的最优调谐比逐渐减小,系统的最优阻尼比逐渐增加;相对于基础隔震系统,基础调谐质量阻尼器隔震系统拥有更宽的隔震频带,且放大系数的峰值也远低于基础隔震系统;地震动激励分析结果表明:基础调谐质量阻尼器隔震系统在对于长周期和脉冲型地震动的隔震效果要优于基础隔震系统。3.基于Lagrange运动方程和虚功原理构建了基于仿生学的二级摆三维文物隔震系统的简谐激励动力平衡方程和地震动激励动力平衡方程,在小变形情况下,给出了二级摆三维文物隔震系统的自振频率。使用李雅普诺夫第一运动稳定性理论给出二级摆三维文物隔震系统的稳定性判定。使用数值分析方法,分析系统在地震动激励作用下的位移响应和加速度响应,结果表明系统拥有良好的隔震性能。通过改变杆长、扭簧刚度、初始平衡角度等参数,研究二级摆三维文物隔震系统减震系数的变化,结果表明:增加杆长可以有效降低系统的减震系数,且对Z向减震系数的降低效果优于对X向减震系数的降低效果;降低扭簧刚度同样可以有效降低系统的减震系数,但当扭簧刚度较低时,系统会出现失稳现象,所以需根据稳定性判定选择最小扭簧刚度;系统的减震系数随着初始平衡恒角度的增大而逐渐减小,但当初始平衡角度增大至一定角度时,系统的减震系数逐渐增大,故可以在不同参数情况下选择最优的初始平衡角度。4.通过调整三种隔震系统的参数使频率和阻尼比相等,在地震动激励下对比分析了三种系统的减震系数和位移,结果表明,非线性准零刚度文物隔震系统隔震效果最优;由于二级摆三维文物系统存在失稳问题,对参数的选择较为严苛,故在相同隔震效果下,基础调谐质量阻尼器文物隔震系统的使用范围优于二级摆三维文物隔震系统。

关键词：可移动文物隔震系统非线性准零刚度基础调谐质量阻尼器二级摆

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可移动文物隔震系统的地震动破坏强度排序

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第2期54卷 154-160页

作者：胡进军来庆辉梁琰杨永强中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080

为研究不同地震动对可移动文物的潜在破坏能力,本文以可移动文物隔震装置设计中的输入地震动为研究对象,推荐了典型周期的隔震系统输入地震动破坏强度排序.通过引入累积分布函数,并将结构根据周期划分为短、中、长3个频段,在每个周期段... 详细信息

为研究不同地震动对可移动文物的潜在破坏能力,本文以可移动文物隔震装置设计中的输入地震动为研究对象,推荐了典型周期的隔震系统输入地震动破坏强度排序.通过引入累积分布函数,并将结构根据周期划分为短、中、长3个频段,在每个周期段内建立典型隔震系统模型,基于隔震系统的非线性地震响应进行地震动破坏强度排序并合理优化,将优化后排序与基于隔震系统自振周期对应的弹性加速度反应谱值排序进行对比.结果表明:对于Ⅰ类场地,短周期模型的两种排序相似性约为75%;对于Ⅱ类场地,3个周期段模型的排序相似性高达90%以上,可以根据加速度反应谱排序定量选取输入地震动;对于Ⅲ类场地,排序相似性低于前两类场地,但对于中长周期隔震系统仍有70%的相似性.因此,基于单自由度弹性加速度反应谱排序结果,可为可移动文物隔震系统设计时选择输入不同破坏强度的地震动提供定量参考.

关键词：可移动文物隔震系统输入地震动周期段划分相似性

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爆炸冲击隔震系统实验研究

振动与冲击 2013年第2期32卷 29-32页

作者：宜晨虹陈石勇胡八一汤铁钢中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

实验研究了由钢丝绳隔震器组成的爆炸冲击隔震系统在爆炸冲击下的响应及破坏机理,得到了爆炸冲击隔震系统的破坏模式;通过对比实验得到隔震系统效果的定量认识;最后用快速傅里叶变换对结果进行分析。结果表明:隔震系统能够比较显著地减... 详细信息

实验研究了由钢丝绳隔震器组成的爆炸冲击隔震系统在爆炸冲击下的响应及破坏机理,得到了爆炸冲击隔震系统的破坏模式;通过对比实验得到隔震系统效果的定量认识;最后用快速傅里叶变换对结果进行分析。结果表明:隔震系统能够比较显著地减弱低频振动的幅值,这对于结构减振有积极的意义,可以在爆炸塔等爆炸试验场所推广应用。

关键词：爆炸冲击隔震系统 FFT 振幅

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双滑动面DFPS隔震系统效果分析

空间结构 2017年第3期23卷 84-88,75页

作者：闫亚汐刘琦韩星栾力文华北理工大学轻工学院河北唐山063000 唐山钢铁国际工程技术有限公司河北唐山063000

根据拉格朗日方程推导了结构设置双滑动面DFPS隔震系统的地震动力反应分析计算公式.分析与计算结果表明:结构基础设置DFPS具有明显的隔震效果,楼层位移沿结构高度分布趋于均匀,层间位移、速度及加速度明显减小.隔震效果与滑道半径、接... 详细信息

根据拉格朗日方程推导了结构设置双滑动面DFPS隔震系统的地震动力反应分析计算公式.分析与计算结果表明:结构基础设置DFPS具有明显的隔震效果,楼层位移沿结构高度分布趋于均匀,层间位移、速度及加速度明显减小.隔震效果与滑道半径、接触面摩擦系数有关,二者合理组合可以得到很好的隔震效果.当摩擦系数取0.05、滑道半径取3.5m时,隔震效果达70%左右.

关键词：隔震系统 DFPS 拉格朗日方程层间位移摩擦系数

隔震系统对钢框架结构地震动力响应的影响分析

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隔震系统对钢框架结构地震动力响应的影响分析

作者：龚克沈阳建筑大学

学位级别：硕士

钢框架结构具有自重轻、空间利用率高、施工周期短且具有良好的抗震性能等优点而得到广泛应用。我国属于地震多发国家,针对钢框架结构隔振研究也不够充分,因此开展钢框架结构的隔震分析十分必要。为分析隔震系统对钢框架结构地震动力响... 详细信息

钢框架结构具有自重轻、空间利用率高、施工周期短且具有良好的抗震性能等优点而得到广泛应用。我国属于地震多发国家,针对钢框架结构隔振研究也不够充分,因此开展钢框架结构的隔震分析十分必要。为分析隔震系统对钢框架结构地震动力响应的影响,本文借助Open Sees软件计算平台建立了非隔震装置钢框架结构模型与带隔震装置的钢框架结构模型分别进行动力时程分析,主要研究内容如下:（1）首先,对带隔震装置钢框架结构与非隔震装置钢框架结构的周期差异性进行对比分析,发现带隔震装置结构的周期要比非隔震装置结构的周期大20.45%左右,说明带隔振装置的钢框架结构能够承受更大外部荷载;对比两种模型的前十阶振型发现两者具有明显的区别,不难发现带有隔振装置结构的动力响应状态要优于非隔振结构。（2）在此基础上,根据场地条件对近断层和远断层地震动序列各选取3条,通过对结构位移响应和首层柱轴力响应以及层间最大位移角等方面的分析计算,发现带隔震装置的钢框架结构抗震优越性随着地震动强度的增加逐渐变得更明显,例如,在H-SP地震动作用下,隔震结构的顶点水平位移均值为非隔震结构的65.46%,最大层间位移均值减小了26.75%。（3）最后,以结构最大层间位移角为损伤指标绘制最大层间位移角IDA曲线,发现非隔震装置结构的IDA曲线近线性分布,而带隔振装置结构的IDA曲线呈显著非线性分布;进一步分析不同隔震装置时钢框架结构的易损性曲线分布情况,发现非隔震装置钢框架结构与带隔震装置的钢框架结构最大位移角不论是在概率密度分布上还是易损性曲线的分布上都有明显差异,在地震动各级峰值强度作用下,非隔震结构的各级损伤超越破坏概率比隔震结构大。

关键词：隔震系统 Open Sees 损伤等级易损性曲线

水平-扭转耦合振动基底隔震系统参数的反应控制确定

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地震工程与工程振动 1993年第3期13卷 36-42页

作者：陆顺永赵振东国家地震局工程力学研究所

本文讨论利用设计反应谱确定水平-扭转耦合振动基础基底隔震系统的参数,即水平和扭转刚度k_x、k_θ与阻尼常数c_r、c_θ使基础在特定地面运动下产生的水平、扭转绝对加速度反应满足预先限定的数值。为此,文中提出了确定限定加速度反应... 详细信息

本文讨论利用设计反应谱确定水平-扭转耦合振动基础基底隔震系统的参数,即水平和扭转刚度k_x、k_θ与阻尼常数c_r、c_θ使基础在特定地面运动下产生的水平、扭转绝对加速度反应满足预先限定的数值。为此,文中提出了确定限定加速度反应的水平-扭转基础隔震系统参数的一个修正迭代方法。计算表明,只要初始迭代值选择恰当,该迭代过程可以将系统参数确定到任意的精度。文中还就如何选择合适的迭代初值作了说明,并给出了一个算例,以说明该方法的应用。

关键词：隔震系统耦合振动基础反应控制

也论橡胶支座与R／C柱串联隔震系统的刚度系数

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工程力学 2000年第A3期3卷 45-49页

作者：周坚北京建筑工程学院土木系

本文对橡胶支座与Ｒ／Ｃ柱串联隔震系统水平铡度系数的已有成果进行了讨论，并针对不同模型给出了相应的计算图式及其计算公式。最后给出了带有数字的算例。

关键词：橡胶支座 R/C柱隔震系统刚度系数抗震设计

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组合隔震系统基于负刚度装置的隔震效果研究

结构工程师 2018年第4期34卷 73-79页

作者：杨巧荣任天娇何文福于维欣上海大学土木工程系上海200072

超设计特大地震下隔震结构的隔震层变形控制得到了广泛关注。提出了一种附带阻尼水平向负刚度装置以此来控制强震下隔震层变形;建立该装置的力学模型,并对其性能影响参数进行理论分析;同时结合铅芯橡胶支座进行协同工作,形成负刚度组合... 详细信息

超设计特大地震下隔震结构的隔震层变形控制得到了广泛关注。提出了一种附带阻尼水平向负刚度装置以此来控制强震下隔震层变形;建立该装置的力学模型,并对其性能影响参数进行理论分析;同时结合铅芯橡胶支座进行协同工作,形成负刚度组合隔震系统;最后建立多自由度隔震模型进行时程分析,对比负刚度组合隔震系统和常规隔震系统的隔震效果。研究表明,负刚度组合隔震系统在特大地震中不仅能有效控制隔震层的变形,且能降低隔震层及上部结构的加速度响应,避免隔震结构在特大地震作用下隔震层变形过大而引起的碰撞问题。

关键词：负刚度隔震系统强震隔震效果

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巨型框架设置隔震系统效果分析

工程抗震与加固改造 2013年第6期35卷 74-79页

作者：姚丽婷赵庆功姜畔葛楠河北联合大学河北省地震工程研究中心河北唐山063009 唐山市城市建设总公司河北唐山063009

根据拉格朗日方程推导了巨型框架设置隔震系统的动力反应分析计算公式,并根据龙格-库塔方法利用MATLAB语言编制程序求解。分析与计算结果表明,巨型框架设置隔震系统之后具有明显的减震效果,楼层位移沿结构高度分布趋于均匀,层间位移、... 详细信息

根据拉格朗日方程推导了巨型框架设置隔震系统的动力反应分析计算公式,并根据龙格-库塔方法利用MATLAB语言编制程序求解。分析与计算结果表明,巨型框架设置隔震系统之后具有明显的减震效果,楼层位移沿结构高度分布趋于均匀,层间位移、楼层速度及楼层加速度大幅减小。当隔震支座圆弧滑道半径为2.5m^3m、滑动摩擦系数取0.05左右时,隔震效果可达60%~88%。当巨型框架截面抗弯刚度较大时,框架横向位移较小但截面弯矩及剪力增大。当滑道摩擦系数大于0.05时,截面剪力基本保持不变。

关键词：巨型框架隔震系统 Lagrange方程层间位移龙格-库塔方法