新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究

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1、广州大学硕士学位论文I新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究II广州大学硕士学位论文新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究专业：结构工程姓名：肖发平指导教师：摘要本文在总结竖向地震作用研究现状、三维隔震装置的研究现状及一种常用于竖向隔震的构件-碟形弹簧的研究历史及现状的基础上，提出一种新型三维隔震装置来实现西安钟楼古木结构三向隔震。开展的研究工作与结论如下：(1)首先基于碟形弹簧和钢丝绳的特性，提出一种反压式碟形弹簧隔震器，其设计思路及原理为：能够在装置无论受拉或是受压时，其内的碟形弹簧组始终保持受压状态，且改变预拉钢丝绳的长度即可改变反压式碟形弹簧隔震器的初始刚度；对反压

2、式碟形弹簧隔震器的参数计算公式进行推导，设计了一个竖向承载力为498kN，极限变形量为44.8mm的碟形弹簧组，通过一个算例验证总结的设计流程的合理性，结合竖向隔震原理和反压式碟形弹簧隔震器的双折线恢复力模型，提出本文所设计的新型三维隔震装置。(2)采用ABAQUS软件对设计碟形弹簧组和上下盖板建立有限元模型，其碟形弹簧之间摩擦系数μ1采用0.005，碟形弹簧与上下盖板之间摩擦μ2取0.3，顶顶对合和底底对合的接触方式分别采用绑定连接和考虑摩擦的面面接触，可得到较好的模拟结果。(3)对整体模型进行直线和sin函数位移荷载作用下的压平荷载与规范进行对比，误差仅为0.59%和1.82%，验

3、证碟形弹簧加上下盖板的整体模型的合理性；其后进行不同预压量、加载频率和加载幅值工况下的动力分析，得到整体模型的等效刚度接近14kN/m，等效阻尼比在不同工况下在10%~20%之间变化；等效刚度随着加载频率的增大先减小后增大，但随着初始预压量和加载幅值的增大，等效刚度略有减小；等效阻尼比随加载频率和加载幅值的增大而逐渐增大，预压量对等效阻尼比的影响不大。(4)反压式碟形弹簧隔震器的试验研究，得到模拟的结果与试验结果吻合；通过静载试验验证了有限元模拟及装置的合理性，误差最大为8.97%，最小仅为1.77%；动载试验验证了有限元模拟得到的装置等效刚度及等效阻尼比随加载频率、预压量及加载幅值的

4、变化规律的合理性。(5)采用SAP2000软件建立西安钟楼木结构有限元模型，将计算结果与已有研究成果对比分析，验证所建模型的合理性；对反压式碟形弹簧隔震器与下连接板之间的夹角I新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究进行对比分析，得到最优角度60o，将得到的三维隔震参数作为隔震单元的基础属性，对钟楼古木结构进行7条地震波作用下隔震分析，隔震后层间剪力和层间位移角均有减小，柱顶41号节点和顶点69号节点X、Y和Z向加速度均有较大程度的降低，且隔震层满足竖向承载力、抗风以及抗倾覆的验算要求。从而验证所设三维隔震装置的合理性及有效性，可为古木结构开展三维隔震提供参考和技术支撑。关键词：竖

5、向地震；碟形弹簧；三维隔震装置；古木结构；隔震分析II广州大学硕士学位论文DesignofNewTypeThree-dimensionalSeismicIsolationDeviceandApplicationStudyinAncientTimberStructureMajor：StructureEngineeringName：XiaoFapingSupervisor：AbstractInthepaper,thestatusofresearchinverticalearthquakeaction,three-dimensionalisolationdeviceandacomponent

6、discspring,whicharecommonlyusedforverticalisolationweresummarized.Anewtypethree-dimensionalisolationdevicewasproposedtorealizethethreedirectionseismicisolationofXi'anbelltower'sancientwoodstructure.Theresearchworkandconclusionsareasfollows:(1)Basedonthecharacteristicsofdishspringsandwireropes,ak

7、indofbackpressurediscspringdamperdevicewasproposed.Thedesignideasandprinciplesarethat,wheneverthedeviceispulledorpressed.Theinsidedishspringgroupisalwaystbeingpressed.Theinitialstiffnessofthebackpressurediscspringdampercanbe