・７２・ 第３６卷第２２期 ２ ０ １ ０年８月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ ＶｏＩＪ３６ Ｎｏ．２２ Ａｕｇ． ２０１０ 文章编号：１００９．６８２５（２０１０）２２—００７２。０２ 碟形弹簧竖向减震装置的设计 冯海龙 摘 要：对由碟形弹簧和粘弹性阻尼器组合而成的碟形弹簧竖向减震装置进行了力学性能试验研究并以一个８层框架 为例对其竖向地震响应进行了时程反应分析，计算出罕遇地震作用下结构各层的最大加速度和位移结果表明该竖向减 ，，震装置能够起到有效减轻竖向地震动的作用。 关键词：碟形弹簧竖向减震装置，力学性能，时程分析 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ １概述 式精密位移传感器测量试验的位移值，试验的数据由计算机数据 为了最大限度地减轻地震灾害，人们提出了结构控制的概 采集系统采集并记录在计算机中。念。但是，目前这些控制装置或系统只是最大限度地减少或隔离 ３．２性能试验结果 模型的竖向刚度曲线和典型滞回曲线见图２，图３，根据曲线 水平地震作用，而对竖向地震作用几乎没有影响。由于地震动本 身具有特性，对于一些位于高烈度区和震中附近的重要建筑 不难求得减震装置的竖向刚度和等效阻尼比。模型滞回曲线比 从滞回曲线的形状来看，这种竖 和基础设施，同时考虑竖向地震分量的三维基础隔震是非常必要 较丰满，表明阻尼耗能性能较好， 。模型 和重要的。但是，国内外对竖向基础隔震的研究尚无实质性进 向减震装置可以简化为双线性模型或退化双线性模型［ ｋＮ／ｍｍ，等效阻尼比大约为２３％。 展。本文提出一种碟形弹簧竖向减震装置，可以有效的解决竖向 的竖向等效刚度大约为１１基础隔震问题。 ２碟形弹簧竖向减震装置的构造 减震装置采用碟形弹簧作为竖向减震元件，利用碟形弹簧的 变刚度特性和耗能能力【 ，根据上部结构和场地特性选取不同的 组合方式形成合适的竖向刚度，同时在装置内部设置粘弹性阻尼 器。其构造形式见图１。 粘滞阻尼材料 挺 位移／ｍｍ 图２竖向刚度试验曲线 ４０ 一 暑 ． 柩 柱 ／６０ １ ２： 位移／ｒｒｒｎ 图１ 碟形弹簧竖向减震装置 图３典型滞回曲线 减震装置的中间放一主碟形弹簧组，在直径５５０ ＩＴＵＴＩ的圆周 上均布几个辅助碟形弹簧组和几个粘弹性阻尼器。因为碟形弹 ４竖向隔震框架结构的竖向地震反应分析 结构概况 簧组有中心导向筒，粘弹性阻尼器有芯柱，了该装置的水平 ４．１某８层框架综合楼，１层－３层柱截面（６００×６００）ｍｍ，４层～ 位移，使得它几乎只能发生竖向位移。并且由于装置有比较小的 ｍｍ，７层～８层柱截面（５００×５００）ＩＴＩＦｌｆ，设 竖向刚度，能够提供比较合适的竖向阻尼，这一特性正好能对竖 ６层柱截面（５５０×５５０） 向地震起到较好的隔震效果。并且通过碟形弹簧的规格和组合 防烈度８度，Ⅱ类场地。采用Ｃ２５混凝土，Ｅ＝２８ ０００ Ｎ／ｍ２。用第０层表示）的质量ｍ ＝２００ ｔ，阻尼比根据试验 方式涮整容易获得所需的刚度，通过调整粘弹性阻尼器的厚度可 其中隔震层（结果取０．２３，其余各层取０．０５。由于隔震层采用退化双线性滞 以获得不同的阻尼比。 ３减震装置的力学性能 ３．１试验系统 碟形弹簧竖向减震装置由碟形弹簧组和粘弹性阻尼器并联 回模型，其特征参数可以参照前面推导出来的方法计算出来，得 到ｋ１＝７３１ ｋＮ／ｍｍ，ｋ２＝４３５ ｋＮ／ｍｍ，其余各层的竖向刚度和质 量见表１。 表１各层的质量和竖向刚度 楼层／层 质量／ｔ 而成，其竖向刚度和阻尼比均可以根据不同建筑的要求进行调 整，以达到最优组合。为了研究竖向减震装置的力学性能，对其 模型ｌ Ｊ进行了竖向性能试验，试验加载采用５００ ｋＮ拟动力设备， 加载控制和数据采集由计算控制系统完成。试验中采用ＢＬＲ一１ １ ２４５ ２ ２４５ ３ ２４０ ４ ２３６ ５ ２３６ ６ ２３２ ７ ２２８ ８ １２３ 竖向刚度 ｋＮ／ｍｍ ２４ ０００ ２４ ０００ ２４ ｏｏ０ ２Ｏ ｏ００ ２Ｏ ０ｏ０ ２０ ０００ １７ ０００ ｌ７ ０００ 应变式力传感器和ＹＤ－２１动态应变仪测量施加力，采用磁致伸缩 ４．２计算结果及分析 收稿日期：２０１０—０３—２９ 作者简介：冯海龙（１９６６．），男，工程师，唐山理工建设工程项目管理有限公司，河北唐山０６３０００ 第３６卷第２２期 ２ ０ １ ０年８月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３６Ｎｏ．２２ Ａｕｇ．２０１０ ・７３・ 文章编号：１００９．６８２５（２０１０）２２—００７３—０３ 论述多高层钢结构中的组合结构形式及特点 沈立波 摘要：从钢一混凝土组合结构的概念出发，介绍了组合结构主要包括组合柱、组合梁和组合楼板，着重论述了钢一混凝 土组合梁部分的结构形式和特点、受力性能和设计计算的要点，以推广组合结构的应用。 关键词：组合结构，结构形式，特点，组合梁 中图分类号：ＴＵ３９８ 文献标识码：Ａ 在高层钢结构中，钢～混凝土组合结构运用得越来越广泛。 柱等；组合梁包括钢梁一混凝土楼板组合梁、钢梁一压型钢板混 比如在钢与混凝土组合楼盖中，将混凝土楼板和钢梁通过栓钉等 凝土楼板组合梁、钢骨混凝土梁等；组合楼板包括压型钢板一混 连接件组合在一起，就形成了钢一混凝土组合梁或组合连续梁； 凝土叠合楼板等，由这些组合结构构件可以构成组合结构体系。或者在钢梁外包裹混凝土组成钢骨混凝土梁共同工作等等。组 １钢一混凝土组合梁 合结构形式多样，又各有其不同特点。组合结构主要包括组合 １．１组合梁的特点 柱、组合梁和组合楼板。组合柱包括钢管混凝土柱、钢骨混凝土 ４．２．１结构的自振周期 承载力高刚度大，抗詹陡能好。无组合作用下刚度Ｊ１＝ｂｈ ／１２＋ 本是一条直线，这说明隔震后结构的反应由原来的“放大”型变成 抗震结构和隔震结构的动力特性相比，主要表现为结构的基 了“平动”型。竖向隔震效果非常明显。但结构的竖向绝对位移 主要是因为隔震层的竖向刚度远小于上部结构的竖向 本周期增长了，如表２所示，隔震结构的基本周期为０．５２４ Ｓ，基本 增大很多，７５ Ｈ＇ｉｆｎ，而隔震 频率为２．０ Ｉ－Ｉｚ，而未设隔震层结构形式相同的非隔震结构的基本 刚度造成的。隔震前结构产生的最大绝对位移是０．后的最大绝对位移是１．６３６ ｒｍ１，平均层问位移隔震前是０．０８５ ｍｍ， 周期仅为０．１０４ Ｓ，基本频率为９．６ Ｈｚ。 ４．２．２结构的地震反应 隔震后是０．０１８ ＩｎＩｎ。说明隔震后在罕遇地震下产生的位移主要 层问位移则很小。 计算结构的竖向地震响应时，由竖直方向输入四条地震加速 集中在隔震层，度记录 ＪＥ１一Ｃｅｎｔｒｏ波（适合Ⅱ，Ⅲ类场地），松潘文县波（适合Ⅱ类 ５结语 １）由于碟形弹簧和粘弹性阻尼器组合而成的碟形弹簧竖向 场地）以及两条人工模拟竖向地震波ＰＢＶ１，ＰＢＶ２（适合Ⅱ类场 结构紧凑，除了可 地），只考虑８度大震的情况，罕遇地震时的加速度峰值４００ ｇａｌ， 减震装置不仅性能优良且稳定，加工制作容易，根据竖向地震波的特点，将各条竖向地震波的地震动最大加速度 以用于建筑结构的竖向基础隔震外，还可以用于机械设备的隔 是一种比较理想的竖向减震装置。２）竖向减震以后结构的各 峰值调至（Ｏ．６５×４００）ｃｍ／＃，即２６０ ｃｍ／ｓ２。计算中，对隔震结构 震， 和不隔震结构分别进行时程分析计算，得到各质点的位移和加速 层最大加速度比相应的未经隔震以前的建筑小４０％左右。因此，度反应，计算结果见表２。 表２竖向隔震前后的最大加速度反应口 位置 ８ ７ ６ ５ 可以说明碟形弹簧竖向减震装置有效的减小了竖向地震作用。 Ｃｌｌｌ／ｓ２ ３）隔震后结构的竖向绝对位移增大很多，但层间竖向位移比隔震 前有明显降低，大约是隔震前的２１％，由于层与层之间的相对位 非隔震结构 ３００．６ 隔震结构 Ｅｉｃｅ 松潘 ＰＢＶｌ ＰＢＶ２ 均值 Ｅｉｃｅ 松潘 ＰＢＶ１ ＰＢＶ２ 均值 １９０ １６７．９ １７４ ２０８．１ １７１．４ １０４．９ ８８ ８ ８３．３ １ｌ２．１ ２９４．４ １８４．９ １６３．８ １６９．６ ２０３．２ １７１．１ １０４．７ ８８．６ ８３．１ １１１．９ ２７６ ６ １７０．８ １５２．２ １５７ ２ １８９．２ １７０ ２ １０５ ８８ １ ８２ ７ １１１．５ ８２ １１０．３ 移变得很小，因此加了碟形弹簧竖向减震装置以后的结构在大震 下的竖向震动呈整体平动。 参考文献： ［１］ 陆文遂．碟形弹簧的计算设计与制造［Ｍ］．上海：复旦大学 出版社．１９８０：４－５． ２５１．４ １５１．７ １３６．９ １４０．２ １７０．１ １６８．９ １０３．１ ８７．３ ４ ３ ２ １ Ｏ ２１５．７ １３０．３ １１７ ｌ １１７．３ １４５ １ １６７ １０１．９ ８６ ４ ８１．１ １０９．ｉ ７９．８ １０７．４ １６９．５ １０２．８ ９２．７ ８９．７ １１３．７ １６４．５ １００ ２ ８５ １２３．１ ７４．９ ６７．５ ６４．２ ８２ ４ １６１．８ ９８．５ ８３ ６ ７８．５ １０５．６ ７０．４ ４２．５ ４０ ４０．２ ４８．３ １５８．４ ９６．４ ８１．８ ７６．９ １０３．４ １５４．３ ９３ ９ ７９ ８ ７５ １００．７ ［２］林皋，朱彤，林蓓．结构动力模型试验的相似技巧 ［Ｊ］．大连理工大学学报，２０００，４０（１）：１－８． ［３］ 刘小弟，苏经宇．时程分析法使用的设计地震动选择方法与 实例［Ｊ］．建筑结构，１９９２，２２（５）：８－１２． 由表２可知，隔震前加速度的分布呈倒三角形，隔震后则基 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｂｙ ｄｉｓｋ ｓｐｒｉｎｇ ＦＥＮＧ Ｈａｉ－ｌｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｔｅｓｔ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｂｙ ｍａｄｅ ｕｐ ｗｉｔｈ ｄｉｓｋ ｓｐｒｉｎｇ ａｎｄ ｖｉ￣ｏｅｌａｓｔｉｃ ｄａｍｐｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｅｉｇｈｔ—ｓｔｏｒｙ ｆｒａｍｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍａ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｏｒｙ ａｎｄ ｓｔｏｒｙ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ａｐｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｄｉｓｋ ｓｐｒｉｎｇ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｉｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｂｙ ｄｉｓｋ ｓｐｒｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２０１０－０４．０２ 作者简介：沈立波（１９７４一），男，工程师，全国一级注册结构工程师，上海同济开元建筑设计有限公司，上海２０００９２
