采用铅芯橡胶垫加层后的结构减震分析

铅芯橡胶支座在铁路桥梁中减隔震研究的开题报告
1. 研究背景
铁路桥梁是铁路建设中的关键部分，对于保障行车安全和线路可靠
性具有重要作用。

随着运营速度的增加，桥梁的减隔震技术日益受到重视。

铅芯橡胶支座作为一种重要的减隔震设备，通过减少地震和风荷载
等外力传递至桥梁结构，能够有效地改善铁路桥梁的动力特性和减小对
周围环境的影响。

2. 研究目的
本研究旨在探究铅芯橡胶支座在铁路桥梁中的减隔震作用及其机理，通过理论分析和实验验证，研究铅芯橡胶支座对铁路桥梁结构的影响，
为铁路桥梁减隔震技术提供科学依据。

3. 研究内容
（1）铅芯橡胶支座的原理和特点。

介绍铅芯橡胶支座的内部结构和工作原理，以及在铁路桥梁中的应用特点。

（2）铁路桥梁的减隔震理论。

研究铁路桥梁的自振频率、振动模态和自由振动响应等动力学特性，探究减隔震技术的理论基础。

（3）铅芯橡胶支座的减隔震机理研究。

分析铅芯橡胶支座在铁路桥梁中的减震机理和作用方式，探究不同支座参数对减震效果的影响。

（4）铅芯橡胶支座的实验研究。

设计实验方案，利用振动台进行模拟实验，测量铅芯橡胶支座在不同振动条件下的隔音效果和振动特性。

4. 研究意义
本研究将深入探究铅芯橡胶支座在铁路桥梁中的减隔震机理和作用
方式，为铁路桥梁减隔震技术提供科学依据。

通过实验模拟，验证铅芯
橡胶支座的减震效果，为实际工程提供可靠的技术支持。

同时，本研究
还将对铁路桥梁的构造设计提供参考和指导，为提高铁路运营安全性和功能性贡献力量。

2019.10科学技术创新-135-采用铅芯橡胶隔震支座的连续梁桥隔震性能分析何宇森杨潇李景宝(华北水利水电大学，河南郑州450045)摘要:以某联连续梁桥为例，基于Midas Civil软件建立了连续桥梁的三维有限元分析模型，并运用时程分析方法分别对采用隔震支座和盆式橡胶支座的桥梁结构的地震反应进行对比分析。

研究结果表明：采用铅芯橡胶支座可以延长城市高架桥梁在地震作用下的自振周期，有效降低桥梁制动墩的地震作用效应，可使各桥墩的内力和位移分布更为均匀。

关键词:铅芯橡胶支座;连续梁桥；时程分析中图分类号:TU352.1文献标识码：A我国是个地震多发的国家，在高烈度区域建设桥梁,地震作用成为设计的关键因素。

如何保障地震作用中桥梁的安全性与稳定性，进行正确合理的抗震设计则显得尤为重要。

比起传统的抗震装置,铅芯橡胶隔震支座作为一款具有优秀综合性能的隔震装置,通过铅芯的剪切变形吸收地震作用,因此在大跨连续梁桥中得到了广泛的应用“叫本文引用某城市高架桥工程实例,基于Midas Civil软件建立了连续桥梁的三维有限元模型，运用时程分析方法计算与对比盆式橡胶支座与铅芯橡胶支座的地震反应特性。

1工程概况与计算模型以某联(3x30m)预应力混凝土连续箱梁桥为例，箱梁截面形式为单箱四室变截面。

基于Midas Civil软件建立如图1所示全桥有限元模型，每个桥墩上设置两个对称支座,其中铅芯橡胶文章编号：2096-4390(2019)10-0135-02支座采用摩擦摆隔震装置进行模拟，普通盆式支座采用双折线弹性连接模拟。

2地震动输入本文研究桥梁所在地的场地类别为ID类建筑场地，特征周期为0.45,抗震设防烈度为7度。

根据建筑抗震设计规范，选用EI地震波输入，级速度时程PGA为0.35g,调整系数为0.857。

进行有限元分析时,地震波延纵桥向输入，计算结果取均值。

3隔震性能分析3.1模态分析分别对采用普通橡胶支座和铅芯橡胶支座的模型进行计算，结果如表1所示。

铅芯叠层橡胶支座隔震体系及结构抗震性能分析作者：许玲玲来源：《科技视界》2014年第01期【摘要】本文主要对（铅芯）叠层橡胶隔震技术进行论述，对（铅芯）叠层橡胶隔震支座的竖向和水平方向的性能指标进行了较为详细的论述，介绍了隔震结构和橡胶支座的数学计算模型，最后通过对一结构实例进行时程分析，对比了无隔震结构和基础隔震结构的性能表现。

【关键词】基础隔震；铅芯叠层橡胶支座；时程分析1 （铅芯）叠层橡胶支座隔震介绍隔震的基本思想是将整个建筑物或其局部搂层坐落在隔震层上，通过隔震层的变形来吸收能量，从而减小结构的地震响应，提高建筑物的抗震性能。

在实际应用中，隔震层布置在上部结构和基础之间的，因而被称为“基础隔震”。

叠层橡胶隔震支座（laminated rubber bearing，RB）由薄橡胶板与薄钢板交替叠合而成。

由于薄钢板对橡胶板横向变形产生约束，使叠层橡胶支座具有非常大的竖向刚度。

在水平刚度方面，薄钢板不影响橡胶板的变形，因而保持了橡胶固有的柔韧性。

在普通叠层橡胶支座中竖直地灌入铅棒就成了铅芯叠层橡胶支座（lead laminated rubber bearing， LRB） [1]。

由于铅的屈服力（剪切屈服极根）较低，再结晶能力较强，具有较好的耐疲劳特性，当支座发生反复水平剪切变形时，铅芯具有稳定的耗能能力，因此LRB是融隔震、耗能及限位于一体的非线性装置，较之RB有明显的优势，在各国建造的隔震房屋中应用的比例呈逐年增加的趋势[2]。

2 铅芯叠层橡胶隔震支座（LRB）性能参数2.1 竖向刚度分析以下给出日本竖向应力与应变关系公式：ε■=■ （1）Ea=E■（1+2kS■■）（2）考虑体积弹性系数时：ε■=■+■（3）E■=■ （4）竖向刚度：K■=■ （5）其中：ε■——压缩应变；σ■——压缩应力；E■——橡胶的竖向弹性模量； Ea——名义弹性模量； S——一次形状系数；k ——取决于橡胶硬度的系数；ε■——竖向应变；E■——修正弹性模量； A——橡胶面积；T■——橡胶层总厚度；K■——竖向刚度。

铅芯橡胶支座的参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铅芯橡胶支座是一种常见的结构支座，广泛应用于建筑和桥梁工程中。

它由铅芯和橡胶材料组成，具有良好的减震和吸能性能，可有效减少建筑物或桥梁在地震或其他荷载下的振动。

橡胶材料在铅芯橡胶支座中起到了重要的作用。

橡胶具有较好的弹性和耐久性，可以承受高压力和变形，并且能够吸收和分散荷载，减少结构的应力集中。

铅芯则能够提供较大的变形和位移能力，使支座能够适应结构的变形，保证结构的安全性和稳定性。

铅芯橡胶支座的参数主要包括承载能力、刚度和阻尼等指标。

承载能力是指支座能够承受的最大荷载，其大小决定了支座在实际工程中的使用范围。

刚度则反映了支座的变形能力，它与支座的弹性特性密切相关。

阻尼是指支座在振动过程中对能量的吸收和耗散能力，影响着结构的减震效果。

除了这些基本参数外，铅芯橡胶支座还有其他一些重要的设计参数，例如支座的几何尺寸、橡胶材料的硬度和黏度等。

这些参数的选择和确定需要综合考虑结构的特点、设计要求和实际条件，以确保支座能够满足结构的使用需求。

在本文中，将详细介绍铅芯橡胶支座的各项参数及其设计原则，以及在实际工程中的应用和发展。

通过对这些参数的深入了解，可以为工程师和设计师在建筑和桥梁工程中正确选择和使用铅芯橡胶支座提供参考和指导。

1.2文章结构本文将对铅芯橡胶支座的参数进行详细介绍和探讨。

具体而言，本文将从引言开始，概述铅芯橡胶支座的背景和应用领域。

接着，文章将介绍本文的结构以及各个部分的内容安排，以帮助读者快速了解本文的架构和目标。

然后，正文将分为两个部分，分别讨论铅芯橡胶支座的参数1和参数2。

每个部分将详细介绍参数的定义、影响因素以及其在实际应用中的意义和作用。

最后，文章将总结全文的要点，对铅芯橡胶支座的参数进行综合评价，并展望其未来的发展方向。

通过本文的阅读，读者将能够全面了解铅芯橡胶支座的参数，对其应用和研究具有更深入的认识。

1.3 目的本文的目的是对铅芯橡胶支座的参数进行深入研究和分析。

隔震施工方法总结隔震施工是一种旨在减少建筑物在地震或其他震动情况下受到的损害的方法。

通过采用合适的隔震技术，可以有效降低建筑物的震动响应，保护人员安全并减少财产损失。

本文将总结一些常见的隔震施工方法，以期提供给相关从业人员一个参考。

I. 基础隔震基础隔震是一种常见的隔震施工方法，旨在将建筑物与地下结构隔离，降低地震时的水平加速度传递。

以下是几种常用的基础隔震技术：1. 橡胶隔震垫橡胶隔震垫是一种常见的基础隔震材料，其具有优异的弹性和耐震性能。

橡胶垫可通过减少震动能量传递到结构体系来实现隔震效果。

2. 铅芯橡胶隔震垫铅芯橡胶隔震垫是一种进阶的基础隔震材料，其在橡胶垫中加入铅芯材料，以提高隔震性能。

铅芯的高密度可以吸收更多的震动能量，并减小建筑物的震动响应。

II. 结构隔震结构隔震是指在建筑物的结构体系中引入隔震装置，以减少地震引起的动力作用。

以下是几种常见的结构隔震技术：1. 橡胶支座隔震橡胶支座隔震是一种常见的结构隔震技术，通过在建筑物的支座处添加橡胶隔震器，可以减少地震时对建筑物的影响。

橡胶支座具有良好的弹性和耐震性能，可以减缓地震引起的震动。

2. 钢球隔震钢球隔震是一种新型的结构隔震技术，通过在建筑物的结构体系中引入钢球装置，可以降低地震时的震动响应。

钢球隔震器的特殊结构可以自由滚动，吸收和消耗地震能量。

III. 软隔震软隔震是指通过在建筑物的结构体系中引入软件隔震装置，以提高建筑物的耐震性能。

以下是几种常见的软隔震技术：1. 非线性阻尼器非线性阻尼器是一种常用的软隔震装置，利用装置内部的非线性材料，在地震发生时产生阻尼效果。

非线性阻尼器可以根据地震的强度和频率来自适应地消耗震动能量。

2. 液压缓冲器液压缓冲器是一种利用液体阻尼来减少建筑物震动的软隔震装置。

通过调整液体的流动阻力和流量，可以实现对建筑物的阻尼调节。

总结：以上介绍了一些常见的隔震施工方法，包括基础隔震、结构隔震和软隔震。

这些隔震技术可以根据具体的工程需求和地震条件进行选择和应用。

层间隔震结构的地震响应分析作者：郑军董菡来源：《城市建设理论研究》2013年第16期[摘要]层间隔震技术是在基础隔震技术的工程实践应用中发展起来的一种新型隔震结构形式。

提出了碟形弹簧-铅芯橡胶复合隔震支座，针对一个大跨框架结构实例，用SAP2000软件建立非隔震结构和设有复合隔震支座的层间隔震结构有限元分析模型，结果表明，采用碟形弹簧-铅芯橡胶复合隔震支座进行结构的隔震控制，不仅对建筑结构的水平地震反应能够起到良好的控制作用，减少地震能量向上部结构传递，降低上部结构的地震反应，而且对建筑结构的竖向地震反应也能起到一定的控制作用，降低上部结构的竖向地震反应。

[关键词]层间隔震；碟形弹簧-铅芯橡胶复合隔震支座；地震响应中图分类号：TU352.1+2 文献标识码：A 文章编号：引言层间隔震是将隔震层设置在结构基础之上的某一层柱顶，对结构进行地震反应控制的建筑结构，目前，层间隔震的研究仅仅是考虑了水平地震作用[1] [2]，竖向地震动的影响被忽略。

大量地震震害表明，竖向地震对结构的影响是不能忽视的，它的作用有时超过水平地震。

如1994年的美国Northridge地震，1999年的台湾集集地震和土耳其地震等，在近震中或发震断层附近都产生了较强的竖向地震动，其中有一些竖向加速度峰值超过了水平加速度峰值。

对于隔震结构的竖向隔震问题，国际上也已开展了一定的研究，Asano[3]等人考察了橡胶垫隔震层在Kobe地震下对结构竖向和摇摆振动的隔震作用。

Lew和Hudson[4]等人在分析了一些实际结构的实测竖向地震反应记录之后指出，较大烈度的竖向地震不会对隔震结构造成危害。

应该看到，他们的研究虽有价值，但并不全面。

首先，橡胶隔震垫主要是根据水平隔震的要求而设计的，它的竖向刚度和阻尼不满足竖向隔震的要求。

其次，隔震结构的竖向地震反应加大了隔震支座的竖向力，增加了隔震层失稳的危险性，并有可能使上部结构柱产生较大的轴向地震力，从而导致结构柱总的轴压比超过允许值，这是导致结构破坏的潜在因素。

第7卷 第4期2008年 8月广州大学学报(自然科学版)Journa l of G uang zhou U n i ve rsity(N atura l Sc i ence Editi on)V o.l 7 N o .4Aug . 2008收稿日期:2007-12-10; 修回日期:2008-03-18作者简介:龙耀坚(1982-),男,硕士研究生,主要从事结构减震技术与应用研究.文章编号:1671-4229(2008)04-0085-06高层建筑铅芯橡胶阻尼器减震效果的计算分析龙耀坚,冼巧玲,温留汉,刘建安(广州大学工程抗震研究中心,广东广州 510405)摘 要:近30多年来,国内外学者提出了很多工程结构减震控制新技术、新体系.其中,以增加结构阻尼比为主的消能减震控制技术是一种有效、安全、经济且较为成熟的工程减震技术.文章对现有正在使用的某大楼进行了罕遇地震下的变形验算,在确定了该结构进行消能减震加固时需要的附加有效阻尼比后,采用铅芯橡胶阻尼器作为消能部件,计算分析了结构安装阻尼器前后动力特性的变化以及遭遇设防烈度对应的罕遇地震作用下的反应.结果表明,采用铅芯橡胶阻尼器进行抗震加固后,各层层间位移平均下降幅度达2014%~2717%,各层扭转角平均下降幅度达3618%~4316%,取得了良好的减震效果,结构的抗震性能满足GB50011-2001建筑抗震设计规范的要求,对高层建筑结构抗震加固提供了一套切实可行的方法.关键词:消能减震;抗震加固;铅芯橡胶阻尼器;动力分析中图分类号:TU 352 文献标识码:A近30多年来,国内外学者提出了很多工程结构减震控制新技术、新体系[1].其中,以增加结构阻尼比为主的消能减震控制技术是一种有效、安全、经济且较为成熟的工程减震技术,它属于减震控制中的被动控制.消能减震控制技术能有效地减轻结构的变形和损伤,改善结构的抗震性能[2].近年来,此项技术已在国内外许多工程中得到应用,既用于新建结构[3],也用于既有结构的加固[4],既用于中、低层建筑,又用于高层建筑,作为一项新技术得到广泛认可.本文针对某大楼由于建筑抗震等级的提高以及规范标准的变更而导致的抗震性能不足,采用动力分析方法对安装阻尼器前后的结构抗震性能进行对比,并提出了合理的加固方案.1 工程概况该大楼所在地区抗震设防烈度为7度,场地土类别为Ò类.该大楼于1993年按GBJ 11-89建筑抗震设计规范丙类建筑设计,13层框架抗震墙结构,主体高度4417m,抗震设防等级为三级,于1995年建成并使用.图1为改变用途后该结构标准层平面布置图.该大楼现因改变用途而成为乙类建筑,抗震设防等级提高为二级,因此,抗震能力不能满足GB50011-2001建筑抗震设计规范[5]的要求.2 结构的抗震验算2.1 结构动力特性分析对本大楼进行的现场实测结果表明,结构长轴向和短轴向的第一阶自振周期分别为0178s 和0166s ,结构阻尼比为2.18%,结构的扭转效应显著.本大楼原结构短轴向有很多填充墙,使得该结构短轴向刚度比长轴向刚度大,从而导致该结构短轴向周期比长轴向周期小.由图1可知,结构的电梯井设置在平面的左下角位置,电梯井为钢筋混凝土筒体结构,有很大的侧移刚度,从而导致整个结构的刚度中心与质量中心分离,导致扭转效果明显.2.2 罕遇地震作用验算依据现行抗震设计规范的要求,采用底部剪力法对原结构进行了罕遇地震下的变形验算.混凝土结构的等效阻尼比取5%,计算得知结构的最大层间位移角为1/60,超过了现行抗震设计规范规定的框架)剪力墙结构弹塑性层间位移角限值1/100,表1为计算结果.提高结构阻尼可以降低结构的地震反应,现假定该结构具有附加有效阻尼比15%,使得结构的等效阻尼比达到20%,在此假定下对本大楼进行罕遇地震下的变形验算,结果如表1所示,计算结果表明结构的层间位移角全部符合现行抗震设计规范的限值要求.由以上分析可知,通过合理的布置阻尼器,使结构的等效阻尼比达到20%,可以使得本大楼的抗震性能符合现行抗震设计规范的要求.3 结构抗震加固方案3.1 消能支撑的型式根据本大楼的实际情况,提出采用铅芯橡胶阻尼器作为消能部件.该阻尼器的主要参数:初始刚度为12广州大学学报(自然科学版)第7卷图1 标准层平面图F ig .1 L ayout o f the standard fl oor表1 原结构与消能减震结构计算T able 1 R esu lt of the o ri g ina l buil d i ng &retro fitted bu ildi ng层数原结构层间位移/c m原结构层间位移角(等效阻尼比为5%)消能减震结构层间位移/c m消能减震结构层间位移角(等效阻尼比为20%)12 4.161/842.381/14711 4.381/802.521/13910 4.761/742.771/1279 5.131/683.011/1168 5.501/643.261/1087 5.201/613.141/1026 5.251/603.171/1015 5.131/623.101/1034 4.731/682.911/1103 4.061/792.501/1282 2.991/1071.861/17211.541/2590.961/417kN #mm-1,屈服力为50k N,屈服后刚度与初始刚度比为011.阻尼器的构造图如图2所示,图3为阻尼器试件的试验滞回曲线,曲线形状稳定饱满,表明该阻尼器具有良好的耗能能力.图4为本文根据本大楼的结构特点提出的阻尼器安装方式.图2 阻尼器构造图(mm )F i g .2 Constitute o f the da m pe r(mm )图3 阻尼器滞回曲线F i g .3 L oad -defor m a tion hysteresis curves o f the da m pe r图4 消能支撑装置图F i g .4 D e tail s of t he energy d i ssi pati on dev ice3.2 消能支撑的布置文献[6]给出了消能支撑在建筑结构中的布置原则:在结构平面上,消能支撑的布置应使结构的扭转效应尽量减小,以增强结构的抗侧刚度,并应尽量使结构的质量中心与刚度中心重合;在立面上,消能支撑应布置在层间剪切位移较大的部位.该大楼的消能支撑尽量布置在远离电梯井的部位和结构的下部楼层:在第1、2、3、4、7、8、9层安装消能支撑,其中,横向布置15个,纵向布置13个.消能支撑布置结构平面图如图5所示.86第4期龙耀坚等:高层建筑铅芯橡胶阻尼器减震效果的计算分析图5 消能支撑布置结构平面图F i g.5 Locations of t he ene rgy diss i pati on dev i ce4 结构动力分析4.1 计算模型和分析方法针对该大楼进行了模拟地震的动力时程分析,计算模型如图6所示.结构的梁、柱采用三维杆单元,结构的楼板以及剪力墙采用4节点壳单元.阻尼器采用非线性单元双折线模型模拟,其初始刚度、屈服后刚度和屈服力由试验确定[7].选取E l Centro -N S 、T aft 和建筑结构所在场地的场地波三种地震波进行动力时程分析,每条地震波沿结构短轴向输入进行计算分析.4.2 结构动力特性分析表2给出了结构在未加消能支撑和加消能支撑时的前12阶周期和模态.设置消能支撑后,结构横向和纵向的图6 计算模型F i g .6 A nalysis model表2 结构的周期及质量参与系数T able 2 Per i ods and m odal pa rti c i pati ng m ass ratios o f the structure模态阶数未加消能支撑结构加消能支撑结构周期U XUYRZ周期U XUY RZ 11.48620.15000.55000.02221.36930.63000.03440.008121.41870.52000.16000.01651.36410.02940.68000.100031.09040.00700.01610.63001.04080.00070.00020.560040.57280.01150.07850.01040.52960.00960.08590.008150.45930.17000.01210.00010.44920.17000.01050.000160.37400.00100.00860.03430.35070.00100.00860.049170.31810.00400.07720.13000.31520.00390.08180.120080.24290.00100.00370.01470.22680.01060.00310.012690.21980.05310.00020.00010.21560.04510.00010.0032100.19630.00120.01820.00560.18720.00050.02030.0049110.17260.01350.00110.00320.17140.01560.00050.0011120.16680.00470.00300.02270.16610.00080.00430.0168累计质量参与系数0.93690.92870.88970.88970.91710.92960.8840注:U X 和UY 为该振型X 和Y 向的质量参与比,RZ 为该振型绕Z 轴的质量参与比.87广州大学学报(自然科学版)第7卷侧移刚度均有所提高.本大楼实际结构中有很多填充墙,建模时只考虑了这些填充墙的质量而忽略了它们的刚度,导致表2中结构的计算周期比实测周期长.4.3 结构反应4.3.1 位移反应图7、图8和图9为El Centro -N S 波、T aft 波和场地波大震作用下原结构和消能减震结构顶层的水平位移时程曲线,结构在设置了消能支撑后具有较好的减震效果.图7 E l C entro -N S 地震波作用下位移时程曲线F ig .7 D isp l ace m ent ti m e h i story under E l Centro-N S se i s m i cwaves图8 T aft 地震波作用下位移时程曲线F ig .8 D isp l ace m ent ti m e history under T aft se i s m ic waves图9 场地波作用下位移时程曲线F ig .9 D isp l ace m ent ti m e history under field se i s m i c w aves 图10、图11和图12为E l Centro -N S 波、T aft 波和场地波大震作用下原结构和消能减震结构的层间位移曲线,结构在3种地震波作用下侧移分布规律相似,最大层间位移角出现在结构的竖向刚度有变化的楼层:第9层和第13层.计算结果显示,原结构在3种地震波作用下最大层间位移角达1/119.在2.2罕遇地震作用验算中得知结构最大层间位移角达1/60,超过了现行抗震设计规范规定的位移角限值1/100,以此作为消能减震加固的主要依据.由计算结果可知,消能减震结构的最大层间位移角,E l Centro -NS 地震波作用下为1/178,T aft 地震波作用下为1/206,场地波作用下为1/298,均满足我国现行抗震设计规范的要求.综合分析可知,结构加固后具有抵御该大楼所在地区7度大震的能力.图10 E l C entro -N S 地震波作用下层间位移F ig .10 Story drifts under E l Centro -NS se i s m i c w aves图11 T aft 地震波作用下层间位移F i g.11 S tory dr ifts under T aft se i s m ic w aves图12 场地波作用下层间位移F i g.12 Story dr ifts under field se i s m ic w aves设置消能支撑后结构的层间位移均减小,减小的各层层间位移最大幅度:E l Centro -NS 地震波作用下达6417%,T a ft 地震波作用下达5917%,场地波作用下达5319%.而88第4期龙耀坚等:高层建筑铅芯橡胶阻尼器减震效果的计算分析减小的各层平均层间位移幅度:E l Cen tro -N S 地震波作用下为2717%,T aft 地震波作用下为2014%,场地波作用下为2212%,如表3所示.计算结果分析表明,结构在3种地震波作用下的反应由强到弱依次为:T a ft 波、E l Centro -NS 波、场地波,而消能支撑在这3种地震波作用下均具有理想的消能减震效果.4.3.2 扭转反应由表2可知,结构的第三阶振型为扭转模态,并且现场实测结果显示原结构扭转效应较大,因此有必要比较原结构和消能减震结构的扭转反应大小.图13、图14和图15分别给出了E lCentro -NS 波、T aft 波和场地波大震作用下原结构和消能减震结构的扭转反应.图13 E l Centro -N S 地震波作用下扭转反应F i g .13 To rsi on under E l Centro -N S seis m icwaves图14 T aft 地震波作用下扭转反应F i g .14 T o rs i on under T a ft se i s m i c w aves设置消能支撑后结构的扭转反应减小,减小的各层平均扭转角幅度:E l C entro -N S 地震波作用下为38.0%,T a ft 地震波作用下为43.6%,场地波作用下为36.8%,如表3所示.设置消能支撑后,不仅降低了结构的水平侧移和层间位移,还很大程度上降低了结构的扭转反应,使结构的抗震性能得到很大程度上的改善.图15 场地波作用下扭转反应F i g .15 T o rsion under fi e l d seis m i c waves 表3 平均层间位移和平均扭转角T able 3 A verag e o f the story dr ifts &ave rage of the torsionang les 地震波平均层间位移/m 未加消能支撑 加消能支撑下降/%E l C entro -N S 0.015900.0115027.7T a ft 0.014700.0117020.4场地波0.009000.0070022.2地震波平均扭转角下降/%未加消能支撑 加消能支撑E l C entro -N S 0.002160.0013438.0T a ft 0.002110.0011943.6场地波0.001170.0007436.85 结 论本文对某大楼原结构进行了罕遇地震下的变形验算,在确定了该结构进行消能减震加固时需要的附加有效阻尼比后,采用铅芯橡胶阻尼器作为消能部件,计算分析了结构安装阻尼器前后动力特性的变化以及遭遇设防烈度对应的罕遇地震作用下的反应,得到以下几点结论.(1)原结构在罕遇地震下的变形验算,最大层间位移角为1/60,超过了现行抗震规范规定的位移角限值1/100.(2)设置消能支撑后结构的层间位移均有下降,降低的各层平均层间位移幅度:E l C entro -N S 地震波作用下为2717%,T a ft 地震波作用下为2014%,场地波作用下为2212%.消能支撑在这3种地震波作用下具有理想的消能减震效果,增加了结构自身抵御地震的能力,提高了结构的安全度.89广州大学学报(自然科学版)第7卷(3)设置消能支撑后结构的扭转反应减小,减小的各层平均扭转角幅度:E l C entro-N S地震波作用下为3810%, T a ft地震波作用下为4316%,场地波作用下为3618%.设置消能支撑后,结构的抗震性能在很大程度上得到改善.(4)结构加固后具有抵御该大楼所在地区7度大震的能力.参考文献:[1]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,1997.ZHOU Fu-li n.Se is m ic contro l of struc t ure[M].B eiji ng:Se i s m o l og ica l P ress,1997.[2]王亚勇,薛彦涛,欧进萍,等.北京饭店等重要建筑的消能减振抗震加固设计方法[J].建筑结构学报,2001,22(2):35-39.W ANG Y a-yong,XUE Y an-tao,OU J i n-p i ng,e t a.l Structura l ana l ysis and des i gn o f se is m ic retrofitting w ith energy diss-i pati on damper fo r Beiji ng H o te l and o t her key bu ildi ngs in Be ijing[J].J Buil d S truct,2001,22(2):35-39.[3]阴毅,周云,梅力彪.潮汕星河大厦结构消能减震有限元时程分析[J].工程抗震与加固改造,2005,27(3):35-40.Y I N Y,i Z HOU Y un,M EI L-i b i ao.T ransient dynam i c fi n ite e l em ent ana l ys i s about energy dissipa ti on structure of Chao s-han-x i nghe Bu ildi ng[J].Earthquake R esi st Eng R etro,f2005,27(3):35-40.[4]吴波,李惠,林立岩,等.东北某政府大楼采用摩擦阻尼器进行抗震加固的研究[J].建筑结构学报,1998,19(5):28-36.WU Bo,L I H u,i L I N L-i yan,e t a.l S trengthen i ng t he eart hquake resistance of a bu il d i ng usi ng fricti on da m pe rs[J].J Buil d S truct,1998,19(5):28-36.[5]G B50011-2001,建筑抗震设计规范[S].G B50011-2001,Code for se is m ic design o f buil d i ng[S].[6]冼巧玲,周福霖.铅)橡胶阻尼器的试验研究[J].地震工程与工程振动,2001,21(4):106-110.X I AN Q i ao-li ng,ZHOU F u-li n.Exper i m enta l i nvesti ga ti on on l ead-rubber da m per[J].Earthquake Eng Eng V i b,2001,21(4):106-110.[7]冼巧玲.消能支撑结构[M].北京:地震出版社,2004.X I AN Q i ao-li ng.T he struct u re o f energy d issi pation brace[M].Be iji ng:Se is mo log ical Press,2004.Energy dissi pation effect analysis of the tall buil di ngequipped w ith lead-rubber da mpersL O NG Yao-jian,XI A N Q iao-ling,W E N Liu-han,LI U Jian-an(E art h quake Eng i neeri ng Research&TestC en t er,Guangz hou U nivers it y,Gu angzhou510405,Ch i n a)Abst ract:During the past30years,m any ne w techno log ies and ne w syste m sw ere proposed and used in se is m ic response contro l o f str uctures.Ener gy d issipati o n techno l o gy based on adding effecti v e da m p i n g rati o is an eff-i cient and safe m e t h od.I n th is paper,the author used a lead-rubber da m per to streng then the ex isti n g bu ilding to i n crease the capacity aga i n st the eart h quake,and ti m e h istory analysis sub jected to t h e h i g h i n tensity earthquake w as used to verify the dr ifts o f the bu ild i n g.The resu lt sho w s that t h e drifts o f the buil d i n g decreased about 2014%~27.7%co m pared to the buil d i n g w it h out retrofitti n g.The ant-i se is m ic capab ility of the bu il d i n g satis-fies the seis m ic requ ire m ents after se is m ic retrofit by adding energy dissi p ation dev ice.K ey w ords:ener gy d issipati o n;se is m ic retrofi;t lead-rubber da m per;dyna m ic ana l y sis=责任编辑:刘少华> 90。

收稿日期:2004212222基金项目:国家自然科学基金资助项目(50508008);辽宁省博士启动基金资助项目(20041014)・作者简介:张延年(1976-),男,辽宁葫芦岛人,东北大学博士研究生;刘　斌(1940-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师・第27卷第1期2006年1月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 127,No.1Jan.2006文章编号:100523026(2006)0120095204MRD 与LRB 相混合的结构振动控制张延年,刘　斌,李　艺,范　鹤(东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳　110004)摘 要:磁流变阻尼器(MRD )利用磁流变液提供可控性是当今最有前途的半主动控制装置,附加MRD 是铅芯橡胶垫(L RB )隔震结构的发展方向・因此提出3种MRD 与L RB 隔震混合方案,建立了MRD 与L RB 隔震混合结构的动力分析模型,推导出运动微分方程,对其进行时程反应分析・以7层框架结构为例,采用瞬时最优控制算法分别对3种混合方案进行地震反应分析,与L RB 隔震结构进行比较,各混合方案的各种地震反应均明显得到更好地控制,而混合方案3的控制效果最显著・关　键　词:振动控制;混合控制;隔震结构;MRD ;L RB ;恢复力模型中图分类号:TU 31113 文献标识码:A铅芯橡胶垫(L RB )由于装置简明、构造简单、造价低,容易在工程上实现,易于维护且无需外界能源支持等优点而引起广泛关注,并成为当前应用开发的热点[1]・然而,它作为被动控制装置存在着无法避免的缺陷,一旦被安装在结构上后,其固有特性就无法改变,因此无法对各种特性的地震激励都有控制效果[2]・而且风载作用、结构物倾覆及地震后隔震系统的残余变形影响等,使其应用受到一定的限制・Spencer 等人发现在隔震系统底部增加一定的阻尼,可减少上部结构的加速度及层间侧移,但增加阻尼过大反而会增大上部结构的响应[3]・磁流变液(MRF )是在1948年由Rabinow 发明的一种智能材料,具有强度高、黏度低、能量需求小、温度稳定性好、对通常在制造过程中引入的杂质不敏感等特点[4]・由其制成的磁流变阻尼器(MRD )是当今最新的半主动控制装置,除性能安全可靠,制造成本较低外[5],还具有体积小、功耗少、耐久性好、机构简单、可靠性强、适用面大、响应速度快、动态范围广、频率响应高、阻尼力大且连续可调等特点,特别是它能根据系统的振动特性产生最佳阻尼力,因而具有广阔的应用前景[6～9],因此附加MRD 是L RB 隔震结构的发展方向[2]・本文作者将MRD 安装在L RB 隔震结构的隔震层及上部结构,形成MRD 与L RB 隔震混合结构,使其在地震作用下的水平位移反应得到很好的控制,可以避免隔震层的位移超过其设计容许值,有效地提高了结构的稳定性和可靠性・1　MRD 与L RB 混合隔震结构的模型建立假定同一层各构件的上下移动量基本相同,采用层间剪切型模型,墙体的质量各集中于各层,整个结构建立在刚性地基上,不考虑基础的提离,不考虑土与结构的相互作用・以n 层MRD 与L RB 隔震混合结构为例,MRD 恢复力模型采用平行板模型[10],建立动力分析模型如图1所示・m b 为隔震层质量,m 1～m n 为上部结构各层质量;k h ,b 为隔震层总水平刚度,k h ,1～k h ,n 为上部结构各层水平刚度;c h ,b 为隔震层水平阻尼,c h ,1～c h ,n 为上部结构各层水平阻尼;c mc ,b ,c mv ,b 为隔震层MRD 提供的库仑阻尼和黏滞阻尼,c mc ,1～c mc ,n ,c mv ,1～c mv ,n 分别为上部结构各层MRD 提供的库仑阻尼和黏滞阻尼・由于隔震层有L RB 存在,所以水平恢复力按双线性模型(见图2)考虑・F y 为隔震层的屈服力;x b y 为隔震层的屈服位移;k R 为天然橡胶垫(RB )的刚度;k s 为铅的初始刚度・由于铅芯的灌入,L RB 的初始刚度k b1较k R 有较大的提高・当铅芯屈服后,L RB 屈服刚度k b2趋于k R ,从而可获得比较饱满的滞回曲线,达到耗能的目的・图1　MRD 与LRB 隔震混合结构的动力分析模型Fig.1　Model of dynamic analysis of hybrid MRDand LRB base 2isolation图2　LRB 双线性恢复力模型Fig.2　Bilinear hysteretic model of LRB(a )—橡胶恢复力特性;(b )—铅阻尼器恢复力特性;(c )—L RB 恢复力特性・2　水平运动微分方程的建立MRD 与L RB 隔震混合结构的水平运动微分方程为M {¨x }+C h { x }+K h {x}=C m +F {¨x g }・(1)式中,{x},{ x },{¨x }分别为MRD 与L RB 隔震混合结构各层水平相对位移,速度和加速度列向量;M ,C h ,K h 分别为MRD 与L RB 隔震混合结构的质量、水平阻尼和水平刚度矩阵;F 为地面地震加速度转换矩阵;{¨x g }为地震加速度输入;C m 为MRD 的总阻尼力向量・如果结构每一层都安装MRD ,问题将容易解决,但是一些情况下是在结构上选择安装MRD ,并不是在每一层间都安装MRD ・假设安装r 个MRD ,则需要引入一个n ×r 控制装置位置矩阵E ,这时的C m 为r 维MRD的总阻尼力向量,可得运动方程为M {¨x }+C h { x }+K h {x}=EC m +F {¨x g }・(2)由于选择安装MRD ,则阻尼系数矩阵也比较复杂,将MRD 所产生的总阻尼力向量C m 分解:C m =C v +U ・(3)式中,C v ,U 分别为MRD 的黏滞阻尼力和库仑阻尼力向量・一般情况下,MRD 都采用同一型号,因此,黏滞阻尼系数均为c v ,则C v =c v V ,(4)其中,V 为各自MRD 活塞与缸体间的相对速度向量,它与各楼层的运动速度向量 X 的关系为V =-E T { x },(5)则C v 为C v =-c v EE T { x },(6)则运动方程为M {¨x }+(C h +c n EE T ){ x }+K h {x}=EU +F {¨x g }・(7)3　工程实例分析以7层MRD 与LRB 隔震混合结构为例,结构主要参数见表1・1～7层的层高为316m ,隔震层等效阻尼比ξ=0116,屈服后刚度k b2为初始刚度k b1的016,屈服位移为0103m ・在隔震结构上安装Load 公司生产的20t 足尺MRD ,其主要性能参数见表2・MRD 与LRB 隔震混合方案分为3种:(1)方案1:在上部结构层间各安装一个MRD ;(2)方案2:在隔震层安装一个MRD ;(3)方案3:在隔震层和上部结构层间各安装一个MRD ・表1　MRD 与LRB 隔震混合结构参数Table 1　Structural parameters of hybrid MRDand LRB base 2isolation 层数隔震层1～6层7层楼层质量/t215240180层间水平刚度/(MN ・m -1)21515515表2　20t 足尺MRD 主要性能参数Table 2　De sign parameters of the 20t large 2scale MRD冲程cm最大阻尼力kN 最大最小力比v =10(cm ・s -1)最大耗电功率W (1A ,22V )线圈缸体直径cm磁流变液动黏系数Pa ・s流体最大屈服应力kPa两极间隙mm有效流体体积cm 3±820010.1223×105020.320.65029069东北大学学报(自然科学版) 第27卷3种方案的地震波均选用El 2Centro (1940205218),加速度峰值为220cm/s 2,采用IOC 算法[11]对混合结构进行地震反应分析・图3～图6分别为方案3的相对加速度、速度、位移、层间剪力的时程曲线・图3　MRD 与LRB 隔震混合结构加速度时程曲线Fig.3　Acceleration 2time history curve MRDandLRB base 2isolation图4　MRD 与LRB 隔震混合结构速度时程曲线Fig.4　Velocity 2time history of hybrid MRD andLRB base 2isolation图5　MRD 与LRB 隔震混合结构位移时程曲线Fig.5　Displacement 2time history curve of hybridMRD and LRB base 2isolation图6　MRD 与LRB 隔震混合结构层间剪力时程曲线Fig.6　Interstory shear 2time history curve of hybridMRD and LRB base 2isolationMRD 与L RB 隔震混合结构的3种混合方案的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值与L RB 隔震结构分别进行比较・如表3所示,各混合方案的各种地震反应均得到了更好的控制・表3　结果的地震反应比较Table 3　Comparison of seismic re sponse s of different hybrid scheme s方案相对加速度峰值与L RB 隔震结构比较cm ・s -2%相对速度峰值与L RB 隔震结构比较cm ・s -2%相对位移峰值与L RB 隔震结构比较cm %层间剪力峰值与L RB 隔震结构比较kN %L RB 隔震结构323.21—35.38—7.34—2160.26—混合结构方案1286.97减小11.2131.48减小11.02 6.46减小11.991892.39减小12.40混合结构方案2273.53减小15.3729.60减小16.34 6.16减小16.081817.02减小15.89混合结构方案3241.82减小25.1826.26减小25.78 5.51减小24.931632.18减小24.454　结 论为了使L RB 隔震技术有更好的适应性,本文提出3种MRD 与L RB 隔震混合方案,建立MRD 与L RB 隔震混合结构的动力分析模型并得出运动微分方程・以7层MRD 与L RB 隔震混合结构为例,采用IOC 算法对MRD 与L RB 隔震混合结构进行地震反应分析・结果表明各混合方案的各种地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的控制效果更加明显・参考文献:[1]刘季,周云・结构抗震控制研究与应用状况(上)[J ]・哈尔滨建筑大学学报,1995,28(4):1-10・(Liu J ,Zhou Y.State of the art and state of the practice in earthquake response control of structures (1)[J ].Journal of U niversity of A rchitect ure and Engi neeri ng ,1995,28(4):1-10.)[2]Ribakov Y ,G luck J.Active control of MDOF structures with supplemental electrorheological fluid dampers [J ].Earthquake Engi neeri ng and St ruct ural Dynamics ,1999,28(2):143-156.[3]Spencer B F ,Dyke S J ,Sain M K.Phenomena logical model for magnet or ecologicaldampers [J ].JournalofEngi neeri ng Mechanics ,A S CE ,1997,123(3):230-238.79第1期 张延年等:MRD 与L RB 相混合的结构振动控制[4]Takesue N,Furusho J,K iyota Y.Fast response MR2fluidactuator[J].JS M E International Journal,2004,47(3):783-791.[5]张延年,刘剑平,刘斌・多向地震耦合作用下MRD结构的地震反应分析[J]・东北大学学报(自然科学版),2005,26(9):897-900・(Zhang Y N,Liu J P,Liu B.Seismic responses of MRDconfiguration under coupled action of multi2directionalearthquake[J].Journal of Northeastern U niversity(N at ural Science),2005,26(9):897-900.)[6]Toshihiko S,Tomoya S,Shin M.Design and performanceverification of variable damper using MR fluid[J].A mericanSociety of Mechanical Engi neers,Dynamic Systems andCont rol Division(Publication)DS C,2003,72(2):989-994.[7]Y ang G Q,Spencer J B,J ung H J,et al.Dynamic modelingof large2scale magnetorhrological damper systems for civilengineering applications[J].Journal of Engi neeri ngMechanics,2004,130(9):1107-1114.[8]Xia P Q.An inverse model of MR damper using optimalneural network and system identification[J].Journal 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available to be attached to Lead2Rubber Bearing(L RB)so as to form a base2isolated structure.Three kinds of such hybrid schemes of MRD and L RB were thus proposed with dynamic analysis set up.A kinetic differential equation was derived and a dynamic time history analysis was made.Taking a72story frame as example,the seismic res ponse analysis was made for the proposed three kinds of hybrid schemes according to the theory of instantaneous optimal control(IOC)algorithm pared with the single L RB base2isolated structure,all the three hybrid schemes present clearly the effective controllabilities of seismic res ponse especially the scheme3.K ey w ords:vibration control;hybrid control;base2isolated structure;MRD;L RB;restoring model(Received December22,2004)待发表文章摘要预报食物链算法及其在分销网络优化中的应用喻海飞,汪定伟根据人工生命突现集群及其对环境进行动态作用的特点,即人工生命个体间微观的相互作用将在整个人工生命系统中产生突现集群的现象,同时基于食物链也是生命系统中重要而又有广泛存在的重要现象,通过定义各级人工生命的局部活动规则,提出一种具有食物链形式的人工生命算法,并称之为食物链算法・把食物链算法应用于选址2分配问题的求解,优化设计分销网络结构并最小化供应链成本・该算法取得了较好的解,可以作为企业分销渠道设计的参考,也可应用于物流、电子商务中的优化问题・钢铁企业生产与运输费用协调调度问题关　静,唐立新针对钢铁企业生产前存在不可忽略运输的实际,研究了生产与生产前运输费用协调调度问题・由于钢铁企业被调度的工件体积较大及加工前不能等待太长的时间,因此运输车辆有容量限制及工件在机器前的缓冲等待时间有限制・考虑的机器环境为单机环境,单机前有无限的缓冲空间,运输车辆数目无限,调度的目标函数为传统的调度函数加上运输费用・对于不同的目标函数,证明了工件在单机加工前缓冲等待时间有限制的调度问题是强NP难的,对于运输车辆有容量限制问题的可解情况给出了多项式时间算法・89东北大学学报(自然科学版) 第27卷。

橡胶振动隔离垫的结构优化和减振效果测试橡胶振动隔离垫是一种常用的减振装置，在工程领域中起到了重要的作用。

它通过橡胶材料的弹性特性，将机械设备与地面之间的振动传递降低，有效减少了振动对设备和结构的损伤。

本文将围绕橡胶振动隔离垫的结构优化和减振效果测试展开探讨。

首先，我们需要明确橡胶振动隔离垫的结构优化的重要性。

结构优化可以提高振动隔离垫的性能和效果。

首先，我们可以通过优化橡胶垫的厚度、形状和材料等参数来提高其减振能力。

一般来说，增加橡胶垫的厚度可以提高其弹性，从而增加减振效果。

此外，根据实际情况可以选择合适的形状和材料，以满足不同场景下的振动隔离要求。

其次，结构优化还包括橡胶垫的布置方式和数量。

合理的布置方式和数量可以提高整个系统的减振效果，减少振动传递。

为了验证橡胶振动隔离垫的减振效果，我们需要进行相应的测试。

减振效果测试是评估橡胶振动隔离垫性能的重要手段。

常用的测试方法包括频率响应测试、振幅衰减测试和冲击响应测试等。

频率响应测试可以测量橡胶振动隔离垫在频率变化时的减振效果，进而得出其频率响应特性。

振幅衰减测试可以测量振动传递时的能量损耗，评估橡胶振动隔离垫的减振性能。

冲击响应测试则是通过模拟冲击负载，测量橡胶振动隔离垫的能量吸收能力和响应特性。

当然，为了更好地优化橡胶振动隔离垫的结构，我们还可以利用计算机辅助设计软件进行模拟分析。

通过建立橡胶振动隔离垫的有限元模型，可以模拟不同工况下的振动传递特性，评估不同参数对减振效果的影响，并进行参数优化。

有限元模拟可以提供更加直观和准确的结构分析结果，为优化设计提供科学依据。

除了结构优化和减振效果测试，我们还应该关注橡胶振动隔离垫的使用寿命和可靠性。

随着时间的推移和振动的作用，橡胶材料会发生老化和劣化，从而影响振动隔离垫的性能。

因此，定期检测和维护是必要的。

同时，考虑到不同工况下的使用要求，可以选择耐热、耐寒、耐油等特殊材料来提高橡胶振动隔离垫的使用寿命和可靠性。