摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法技术

本发明专利技术涉及一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，包括：1)构建理想摩擦型减隔震支座数值模型；2)引入重力失真与摩擦空间变异性进行修正；3)实现不同缩尺比的摩擦型减隔震支座振动台试验的数值模拟；4)获得所需的实际地震波数据；5)利用逐步积分法计算每条地震波作用下摩擦型减隔震支座的响应；6)实现模型数值计算数据的存储与绘图；7)分析摩擦空间分布形式、剪力键、粘滞阻尼、弹簧刚度和弹簧初始力等因素对于缩尺模型响应的误差影响；8)基于分析结果阐明误差来源并提出有效解决方案。本发明专利技术提供了一种能有效解决振动台缩尺试验中试验与数值模拟的“非一致性”难题的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法。

【技术实现步骤摘要】
摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法
本专利技术属于数值分析与计算机模拟
，涉及一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法。
技术介绍
发生在城市地域附近的地震活动会对人类社会产生剧烈的影响，严重威胁人类生命安全，并破坏基础设施，严重影响人类社会经济生活。为降低地震对于交通运输的影响，许多减隔震装置被广泛运用于桥梁结构。近年来有关减隔震装置的研究主要集中在摩擦的运用，这类减隔震装置相较于传统的减隔震装置能得到更好的隔震效果。其中摩擦摆系统(FPS)由于其良好的地震频率敏感性以及降低地震作用下残余位移的能力，已经在工程实践中被广泛使用。已有研究发现FPS能有效降低地震作用下结构的绝对加速度响应，降幅达到50-90％，但仍存在地震期间的较大相对位移和地震之后的永久位移，因此考虑将弹簧以及粘滞阻尼器组合进FPS，形成新的隔震装置，来解决位移过大的问题。并且针对在中国广泛建设的大跨度铁路桥梁，由于列车所具有的巨大制动力，仅靠摩擦力是很难抵抗的，需要在原有的支座基础上增加剪力键(抗剪螺栓)来进行抵抗，因此需要进一步研究包含剪力键的弹簧-粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法包括以下步骤：/n1)基于通用程序语言，选定竖向预应力弹簧的刚度与弹性力、粘滞阻尼、摩擦力、剪力键的刚度与剪断力对目前工程上常用的各种摩擦型减隔震支座进行数值模拟，构建理想摩擦型减隔震支座数值模型；/n2)基于已构建的理想摩擦型减隔震支座数值模型，引入重力失真与摩擦空间变异性两者因素进行修正，以实现摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验的实际数值模拟；/n3)针对不同振动台缩尺试验具有的不同空间缩尺比，依据缩尺理论，按照每个物理参量的缩尺比调整相应物理量的取值，实现对于不同缩尺比的摩擦型支座振...

【技术特征摘要】
1.一种摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法包括以下步骤：
1)基于通用程序语言，选定竖向预应力弹簧的刚度与弹性力、粘滞阻尼、摩擦力、剪力键的刚度与剪断力对目前工程上常用的各种摩擦型减隔震支座进行数值模拟，构建理想摩擦型减隔震支座数值模型；
2)基于已构建的理想摩擦型减隔震支座数值模型，引入重力失真与摩擦空间变异性两者因素进行修正，以实现摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验的实际数值模拟；
3)针对不同振动台缩尺试验具有的不同空间缩尺比，依据缩尺理论，按照每个物理参量的缩尺比调整相应物理量的取值，实现对于不同缩尺比的摩擦型支座振动台试验的数值模拟；
4)利用所需目标反应谱，从美国太平洋地震工程研究中心数据库中获得所需的实际地震波数据；
5)分析模型的受力状况，并使用通用程序语言实现数值模型所作用地震波的输入，并且为研究不同强度地震对于摩擦型支座的作用，采用增量动力分析法对地震波进行调幅，随后利用逐步积分法计算得到每条地震波作用下摩擦型减隔震支座的响应；
6)基于通用的程序语言，实现模型数值计算数据的存储与绘图；
7)基于计算结果，分析重力失真、摩擦空间变异性、摩擦空间分布形式、剪力键的刚度与剪断力、粘滞阻尼、弹簧刚度与弹簧初始力因素对于缩尺模型响应的误差影响；
8)基于分析结果阐明误差来源，并提出有效的解决方案，由此指导实际振动台缩尺试验中摩擦型减隔震支座的设计。


2.根据权利要求1所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述步骤1)中理想摩擦型减隔震支座数值模型是将支座主体看做刚体，输入刚体质量m，并输入竖向预应力弹簧的刚度K、初始0应力长度h0以及初始长度h1，粘滞阻尼的阻尼系数C，剪力键的刚度Kk以及剪力键的剪断力Fk，空间分布的摩擦系数μ(dr)；所述竖向预应力弹簧具有在响应进程中弹簧水平刚度不断变化的特性，以避免支座在地震动作用下发生共振。


3.根据权利要求2所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述步骤2)中摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验理想数值模型修正，是由于实际缩尺试验中重力加速度保持常量，需要考虑重力失真对于理想数值模拟的影响，并要考虑摩擦空间变异性的影响；
所述摩擦空间变异性是指在理想情况下，认为实际支座的机械制作不存在误差，故支座运动界面上的摩擦系数符合理论的要求数值，但是摩擦界面在结构制作时由于目前机械制作工艺的制约，导致摩擦界面上的摩擦系数在空间上会存在着一种周期性的误差波动，而摩擦系数本身作为无量纲的参数在振动台缩尺试验的数值模拟中不需要进行缩尺，但在空间上摩擦系数Δμ的变化值是具有量纲的，在缩尺试验中未缩尺的Δμ会导致空间上摩擦系数的不准确，从而产生缩尺试验的误差。


4.根据权利要求3所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述步骤3)中各个物理参量的缩尺比选定是选用质量、弹性模量、几何尺寸三个参量的量纲作为基本量纲，通过量纲分析法，根据已知的三个基本量纲在不同缩尺试验中的缩尺比(Cm、CE、Cl)，确定所需要的应力、密度、力、弹簧刚度、阻尼系数、时间、速度、加速度、重力加速度在相应缩尺试验中的缩尺比(CS、CD、CF、CSc、CDc、CT、CV、CA、CGa)，其中在未考虑重力失真的振动台缩尺试验中，重力加速度的缩尺比同加速度的缩尺比相同，但在考虑重力失真的振动台缩尺试验中，重力加速度的缩尺比恒取为1。


5.根据权利要求4所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述步骤4)中实际地震波的信息获取是根据所需研究结构的场地土壤条件确定目标反应谱，将目标反应谱导入美国太平洋地震工程研究中心数据库中，提取与目标反应谱相匹配的多条实际地震波加速度时程曲线数据。


6.根据权利要求5所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺试验数值计算方法，其特征在于：所述步骤5)中分析模型的受力状况的具体实现方式是：在初始状态，支座与振动台之间没有发生相对位移dr时，弹簧提供的水平分力Fsh＝0，竖向分力为Fsv＝K(h1-h0)；当支座与振动台间产生相对位移dr时，竖向弹簧水平分力与竖向分力发生变化；在剪力键未剪断前，支座与振动台间没有相对位移dr产生；在剪力键剪断后，支座受到摩擦力作用，摩擦力由系统的重力、预应力弹簧的竖向分力以及摩擦系数三者共同决定，根据支座模型与振动台间的相对速度、相对位移以及振动台绝对加速度的取值状态，将地震动作用下整个时程模型的受力状态归纳为数种不同的情况；所述摩擦力任意选定为滑动摩擦或滚动摩擦的形式。


7.根据权利要求6所述的摩擦型减隔震支座振动台缩尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏标，符云集，蒋丽忠，李姗姗，谭昊，胡章亮，卓熠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43