大吨位球型支座的减震性能及其在土木工程中的应用

摘要

地震给人类带来的灾难是深重的，土木工程师为寻求工程抗震、减震方法进行了不懈的努力。隔震是目前比较经济有效的减震方法，许多学者致力于各种减震装置的开发研究，目前己开发出多种隔震支座广泛应用于工程结构。球型支座是一种新型的大吨位支座，由于其具有竖向承载力大、万向转动、适应性广以及经济性好等优点，目前广泛应用于桥梁和建筑结构中。本文重点介绍了球型钢支座的组成及特性，并以乌海黄河大桥减隔震工程为背景，设计开发了改进型球钢支座，即将球型支座与铅芯阻尼器组合而成的隔震支座。 普通球型支座的主要力学性能主要包括竖向承载、水平滑移及转动性能，利用ANSYS软件对支座进行了有限元模拟，分析了支座的各组成构件的应力分布。为了增强支座的耗能性能，在普通球钢支座的基础上，增加了铅芯阻尼器并对整体支座进行了有限元模拟，得到了支座的力—位移滞回曲线。并对该新型球型支座进行了模型拟静力试验研究，试验结果与有限元分析结果进行了对比分析。分析结果表明本文有限元模拟分析方法与试验结果符合较好。最后，对安装了这种新型球钢支座的基础隔震结构进行了地震作用非线性时程分析，对比分析了隔震结构和非隔震结构地震反应，结果表明这种支座具有优越的隔震效果。关键词：球型支座，球型—铅芯阻尼支座，ANSYS，伪静力试验，基础隔震，滞回性能，耗能

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第一章绪论

1.1支座和球型支座

1.1.1支座

1.1.2球型支座

1.2隔震和组合球型支座

1.2.1隔震

1.2.2滑移支座

1.3研究目的和论文组织

第二章球型支座

2.1球型钢支座

2.2球型钢支座的力学性能研究

2.2.1竖向抗压性能

2.2.2水平滑移性能

2.2.3转动能力

2.3球型钢支座的设计

2.3.1概述

2.3.2主要尺寸

2.4球型支座的有限元分析

2.4.1计算模型

2.4.2计算结果

2.5本章小结

第三章：球型铅芯阻尼支座的抗震性能研究

3.1球型铅芯减隔震支座的设计和分析

3.1.1球型铅芯减隔震支座

3.1.2铅芯阻尼器的设计

3.1.3单向滑移支座

3.2球型铅芯阻尼支座的数值模拟

3.2.1计算模型

3.2.2初步结论

3.3球型铅芯阻尼支座的拟静力试验

3.3.1试验设计

3.3.2试验结果

3.3.3试验结果和理论分析比较

3.4两种模拟方法

3.4.1等效线性化

3.4.2双线性模型

3.4.3四线性模型

3.5采用球型铅芯减隔震支座的单自由度体系

3.5.1刚体滑移体系

3.5.2采用球型铅芯阻尼支座的单自由度体系

3.6本章小结

第四章隔震支座在工程中的应用

4.1采用滑移支座的多自由度体系

4.2采用球型铅芯阻尼支座的框架结构分析

4.2.1结构及其模拟

4.2.2模态分析

4.2.3水平地震作用时程分析

4.3各类隔震层框架结构对比分析

4.3.1模型结构

4.3.2模型结构反应

4.4本章小结

第五章结语

参考文献

附录1各类支座的设计概述

在读期间发表的学术论文

致谢