摩擦摆隔震体系（FPS）实用化方法研究

发布时间：2017-06-15 15:12

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【摘要】：摩擦摆隔震体系(Friction Pendulum System简称FPS)是一种有效的干摩擦滑移体系。本文在系统的研究总结国内外相关成果的基础上,依托昆明某钢框架摩擦摆隔震这一试点工程,对摩擦摆隔震体系的设计、分析方法和支座检测方法进行了详细的研究。由于国内尚缺乏系统的对摩擦摆隔震支座(Friction Pendulum Bearing简称FPB)中聚四氟乙烯(PTFE)与抛光不锈钢之间的摩擦特性的研究,本文引述了Constantinou、Mokha和Zayas教授的大量研究。本文通过竖向刚度试验,获得了摩擦摆隔震支座的竖向刚度。利用SAP2000中非线性连接单元,对昆明某钢框架摩擦摆隔震结构进行了多遇地震、设防地震、罕遇地震和超罕遇地震的弹塑性动力时程分析,通过分析发现FPS体系在多遇地震下基本不隔震,设防地震下启动,罕遇地震下发挥良好的隔震效果,支座各项指标均满足预先设定的限值(支座压应力限值、支座竖向提离限值和支座水平滑移限值),在超罕遇地震中上部结构仅出现部分梁铰(处于IS与IO阶段),所有支座均满足水平位移限值要求,仅有2个支座竖向提离量超过限值规定。并且研究了罕遇地震下各支座的水平残余位移,通过分析发现,所有支座在各工况下的残余位移包络值仅为8mm,为支座水平滑移限值(110mm)的7%,FPS体系具有良好的复位特性。由于聚四氟乙烯与抛光不锈钢之间的摩擦系数受滑移速度、接触面压应力、接触面粗糙度、聚四氟乙烯材料和接触面润滑剂的影响,本文取10组不同的快慢摩擦系数对该钢框架进行罕遇地震分析,结果表明水平位移包络值随快慢摩擦系数的增高而降低,且包络值为53mm远远小于支座水平滑移限值。该体系具有较大的安全储备。参考国外相关规范,制定适合本支座的试验方案,包括了竖向刚度试验、高速压剪试验、平板摩擦试验。提出质量和验收要求。
【关键词】：摩擦摆 隔震 非线性分析 摩擦
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.12
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究的背景与意义12-14
• 1.2 国内外研究现状及应用现状14-22
• 1.2.1 国外研究现状14-21
• 1.2.2 国内研究现状21-22
• 1.3 国内外应用现状22-25
• 1.4 本文研究的内容以及创新点25-26
• 第二章 摩擦摆隔震支座的力学模型及竖向刚度试验26-34
• 2.1 摩擦摆隔震等效计算模型26-29
• 2.2 摩擦摆隔震非线性连接模型29-31
• 2.3 摩擦摆隔震支座竖向刚度试验31-34
• 2.3.1 概述31
• 2.3.2 试验加载31-32
• 2.3.3 结果32-34
• 第三章 聚四氟乙烯(PTFE)与抛光不锈钢之间的摩擦行为34-57
• 3.1 荷载历程对初始摩擦系数(静摩擦系数)的影响35-38
• 3.2 面压和滑移速度对摩擦特性的影响38-40
• 3.3 温度对摩擦特性的影响40-45
• 3.4 不锈钢表面粗糙度对摩擦特性的影响45-46
• 3.5 不锈钢的锈蚀对摩擦特性的影响46-49
• 3.6 润滑剂对摩擦特性的影响49-52
• 3.7 磨损对摩擦特性的影响52-55
• 3.8 滑移面镀铬对摩擦特性的影响55-57
• 第四章 摩擦摆隔震体系(FPS)分析与设计方法的研究57-117
• 4.1 FPS设计方法57-60
• 4.2 工程实例介绍60-75
• 4.2.1 工程概况60
• 4.2.2 SAP2000中支座参数取值的说明60-64
• 4.2.3 摩擦摆参数设计及支座布置64-69
• 4.2.4 模态分析69-71
• 4.2.5 地震动的选择71-75
• 4.3 多遇地震分析75-79
• 4.3.1 层间剪力分析75-76
• 4.3.2 层间位移角分析76-77
• 4.3.3 支座水平位移分析77-79
• 4.4 设防地震分析79-88
• 4.4.1 层间剪力分析79-80
• 4.4.2 层间位移角分析80-81
• 4.4.3 支座剪力轴力分析81-83
• 4.4.4 支座水平位移分析83-85
• 4.4.5 FPS塑性发展分析85-88
• 4.5 罕遇地震分析88-108
• 4.5.1 支座水平位移分析88-90
• 4.5.2 支座竖向位移响应分析90-91
• 4.5.3 支座滞回曲线分析91-97
• 4.5.4 支座轴力剪力,极大面压,极小面压分析97-100
• 4.5.5 层间位移角分析及出铰分析100-104
• 4.5.6 支座残余位移分析104-105
• 4.5.7 FPS楼面加速度及位移响应分析105-107
• 4.5.8 FPS抗风分析107-108
• 4.6 超罕遇地震分析108-117
• 4.6.1 支座水平位移分析108-111
• 4.6.2 支座竖向位移分析111-112
• 4.6.3 支座面压分析112-113
• 4.6.4 上部结构层间位移角分析113-117
• 第五章 摩擦摆支座检测方法研究117-128
• 5.1 简介117
• 5.2 国外关于摩擦摆支座检测的规范体系117-119
• 5.3 试验方案119-125
• 5.4 摩擦滑移摆的质量和验收要求125-128
• 第六章 结论与展望128-129
• 参考文献129-133
• 攻读硕士期间的成果133-134
• 致谢134-135
• 附录A：球型支座到场检验记录表135-136

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本文编号：452793