基于橡胶支座的地下管廊支吊架减隔震试验研究

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地下综合管廊在城市建设、运营和发展中发挥越来越重要的“生命线”工程作用。我国地下综合管廊建设飞速发展,投资体量和建设规模居世界之首。管廊支吊架是各类重要管线的唯一支撑结构,是管线抵抗灾害作用的第一道防线。目前管廊内普通承重支吊架的设计方法比较成熟,但对管廊支吊架的抗震设计和研究较为匮乏。本文针对管廊支吊架抗震问题展开研究。首先,基于有限元数值分析方法,探索了地震作用下管廊支吊架隔震体系的力学响应;其次,研发出两种隔震减振支座,并开展了隔震支座性能参数及隔震性能的试验研究,对支座参数进行了优化;最后,对足尺电力管廊支吊架隔震体系的隔震效果进行了振动台模型试验。本文主要研究内容及结论如下:(1)开展了地下管廊支吊架地震作用及减隔震性能的有限元数值模拟分析。基于ABAQUS有限元分析软件,建立了土-管廊支吊架体系的整体三维分析模型。通过地震波加载和分析,结果表明:1)隔震支座在保证足够的竖向刚度前提下,水平刚度越小,隔震效果越好;2)随着隔震支座的阻尼从无到有逐步增大,电缆加速度响应先减小后增大,阻尼存在与系统参数匹配的最优值,使得隔震效果最佳;3)随着输入地震波幅值的增大,装有隔震支座的电缆加速度响应先减小后增大,特定参数系统对某一幅值地震波作用下的隔震效果最好。(2)研发了两种隔震减振支座,并进行隔震支座的性能参数测试及支座隔震性能的初步试验研究。结果表明:1)相比于粘结工艺制作的橡胶阻尼器,硫化工艺制作的橡胶阻尼器整体性更好,位移行程和水平刚度更大;2)相比于橡胶阻尼器,铅芯橡胶阻尼器耗能能力更佳,位移行程更大,但水平刚度增加,且初始剪切阶段刚度退化更快;3)瞬时冲击荷载作用下,相比于无隔震支座工况,隔震橡胶支座上方质量块加速度减小93.9%,隔震弹簧支座上方质量块加速度减小97.9%,相应的位移分别减小87.3%和94.9%。两种隔震支座具有很好的隔震效果。(3)开展了管廊支吊架结构的振动台模型试验,对地震作用下三种电缆支吊架体系(无隔震支座、橡胶支座、铅芯橡胶支座)的加速度、位移和应变响应进行了对比分析。结果表明:1)白噪声下,两种隔震支座在顺电缆方向的隔震效果可达60%左右,垂直于电缆方向的隔震效果在40%-50%之间,隔震支座在环境振动下有很好的减振效果;2)8度小震和中震加载时,两种隔震支座的隔震效果随着地震波幅值的上升而上升,加载至8度大震时,两种隔震支座的隔震效果均有一定程度的降低;3)隔震铅芯橡胶支座的隔震效果优于隔震橡胶支座,且随着地震激励的增强,隔震效果的区别更明显;4)隔震支座在顺电缆方向的隔震效果优于垂直电缆方向。
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