宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化。分析结果表明,消能减震支撑框架结构在多遇地震作用下的层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

基于纤维模型的空间网架支承体系的优化设计与分析

近年来,民用航空制造业的快速发展给大柱距空间网架结构带来新的契机。本文针对某大柱距厂房设计了无柱间支撑、柱间钢支撑和柱间消能支撑3种抗侧力结构体系。在此基础上,分别建立了3种结构体系的三维整体有限元模型,通过优化设计确立了钢支撑和消能支撑的具体设计参数,并进行了多遇地震作用下的弹性时程对比分析。最后,建立了结构弹塑性分析的纤维模型,对3种结构体系进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比研究了3种结构体系在大震作用下的倒塌机制。结果表明:采用纤维模型能够较为精确地进行结构的弹塑性时程分析;相较于不加柱间支撑结构体系,柱间钢支撑和柱间消能支撑结构体系在多遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约32%和64%,在罕遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约12%和46%,且均具有更好的倒塌机制。本文可供大柱距空间结构的设计与分析参考和借鉴。     

支撑布置对火灾下钢框架结构抗连续性倒塌性能影响研究

研究了支撑布置对火灾下钢框架结构抗连续性倒塌性能的影响。考虑水平和竖向两种支撑布置形式,前者沿水平向布置在结构顶部,后者布置在结构各楼层,分别考虑其布置在结构边缘或者内部的情况。应用OpenSees软件对某7跨8层平面钢框架结构模型进行了数值分析。结果表明,火灾下结构倒塌始于受火柱的屈曲,该局部破坏向周边传播,导致整体结构下沉式倒塌或侧向倾覆式倒塌。竖向支撑可有效抑制结构的侧向倒塌,但容易导致底层柱的依次屈曲,不建议单独使用;通过将竖向支撑布置在结构内部,可有效阻止破坏向周边结构传播;水平支撑通过平均分配各柱轴压力,有效抑制周边柱的压曲,但容易造成结构局部或是整体侧向倒塌;同时应用两种支撑可有效提高结构抗倒塌性能。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷载作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明:当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

防屈曲支撑钢框架模块装配式结构及其抗震性能分析∗

防屈曲支撑是一种兼具承载和耗能的抗侧力构件,相比于普通支撑,具有耗能稳定且延性好的优点,在模块化结构中,防屈曲支撑可作为模块内单元,通过带防屈曲支撑模块单元装配的方式形成防屈曲支撑钢框架模块结构。提出了防屈曲支撑钢框架模块装配结构体系、防屈曲支撑在模块化结构中的设计要求以及结构体系设计方法,并以 20 层住宅楼为例进行设计,包括典型高层住宅及其模块划分及结构在小震和大震下的抗震性能进行分析。 反应谱分析结果表明：设计的模块化结构能满足规范对结构的各项要求。对布置了普通支撑与等刚度防屈曲支撑的模块化结构进行了静力弹塑性分析,静力弹塑性分析结果表明：在 8 度罕遇地震下,普通支撑结构部分支撑发生屈曲破环,布置等刚度的防屈曲支撑框架只有第二层出现塑性铰,结构能够经受 8 度罕遇地震的考验,防屈曲框架结构的初始刚度与普通框架结构一致,但极限承载力明显大于普通支撑框架结构;防屈曲支撑较普通支撑能显著提高模块化结构的承载力,且能率先屈服发挥耗能作用,保护主体结构安全,符合双重抗侧力体系的原则,防屈曲支撑钢框架模块装配式结构体系具有优越的抗震性能,有很好的应用前景。     

静力分析方法在消能减震结构分析中的应用

由于受制于计算机软件中的消能减震单元,目前尚无较适用的静力分析方法应用于消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。有关含消能减震部件的结构分析,主要以动力时程分析和动力弹塑性时程分析方法为主,因此具有较大的难度和需要很长的分析时间。为了推进结构消能减震于工程项目上的应用,缩短分析上的繁杂程序,依据《建筑抗震设计规范》,配合美国FEMA 356规范,提出一套消能减震结构在多遇地震下的等值线性分析方法和在罕遇地震下的静力非线性推覆分析方法(pushover analysis)。此方法适用于位移型阻尼器和防屈曲支撑,不但可使消能减震结构的结构分析简化,并可避免计算机软件的限制,且在不含阻尼器元素的计算机软件上,依然可做消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。并介绍了此分析方法在消能减震结构的结构分析中的应用,以证明其可行性。     

扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能机理及设计方法研究

罕遇地震下,偏心支撑结构需合理有效地增大消能梁段的延性和耗能能力,并减小消能梁段的变形,以有效提高该种结构的抗震性能和震后功能快速恢复能力。本文基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种扩孔螺栓连接型消能梁段。采用校正的数值分析方法对扩孔螺栓连接型消能梁段进行详细分析,以明确扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段力学性能的相互影响,揭示其耗能机理,并建立相应的设计方法。研究表明,所提出的扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能能力有明显提高,且在达到预期性能时有效减小短剪切型消能梁段的变形和损伤,有效提高了构件的震后功能恢复能力,由此为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。     

设置套管阻尼器的框架支撑结构参数分析∗

提出了两种设置套管阻尼器的框架支撑结构。改变套管阻尼器的相对刚度、相对长度与屈服比等参数值以及套管阻尼器的布置方式,利用 ETABS 软件建立有限元模型,对框架支撑结构进行动力时程参数分析,提取结构的底部最大剪力和最大层间位移角作为结构地震响应的衡量标准,探究套管阻尼器的参数变化和布置数量对结构地震响应的影响规律,发现:对第一种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.4、0.5 和 0.2;对第二种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.6、0.5 和 0.4;并非各楼层都布置阻尼器可取得最佳的减震效果,对本文提出的两种设置套管阻尼器的工程应用形式而言,在底部四层设置套管阻尼器减震效果最好。     

火灾模型对钢交错桁架结构性能化抗火设计的适用性分析

对目前性能化防火设计中常用的4种火灾作用模型进行了分析和总结,并运用这4种模型对钢结构交错桁架在火灾时的热环境进行了模拟,分析不同火灾作用模型下该体系的结构响应,研究不同火灾作用模型对交错桁架结构性能化抗火设计的适用性。研究表明:火源功率、火灾载及火灾持续时间等因素对钢结构交错桁架的抗火分析具有重要影响。国际标准升温曲线和参数化室内升温曲线不考虑火源功率、建筑通风口等因素,缺乏针对性,分析结果偏于保守;区域模型所得温度偏低,不宜用于交错桁架结构的性能化抗火设计;场模型考虑了火源功率及环境温度分布的不均匀性,和实际火灾较接近,计算结果相对较为准确,可用于结构的性能化防火设计。     

某位移比超限偏心结构地震响应及阻尼器控制分析

利用SAP 2000有限元软件,以某实际偏心结构为工程背景,对使用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、软钢阻尼器和复合铅粘弹性阻尼器控制位移比超限的偏心结构进行了模态分析、反应谱分析和时程分析,比较了各类减震结构在地震作用下的周期比、位移比和阻尼器内力。结果表明:设置阻尼器后,结构位移比减小;阻尼器宜布置在偏心结构水平刚度相对较小、结构侧移较大的一端;粘弹性阻尼器、软钢阻尼器和复合铅粘弹性阻尼器通过提供侧向刚度和阻尼来调节偏心结构扭转效应;粘滞阻尼器通过增加结构阻尼比可起到减小结构位移比的作用。此外,粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器在小震下能够起到良好的消能效果,软钢阻尼器和铅粘弹性阻尼器在小震情况下基本上处于弹性状态,仅提供刚度,在大震下阻尼器也具有良好的耗能能力和减震效果。     

随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。     

消能减震技术用于C类框架学校建筑提高一度抗震设防加固的探讨

针对既有的C类框架学校建筑提高一度抗震设防的加固目标,从地震作用计算、结构抗震验算和抗震构造措施等方面详细分析了其中的加固难点,指出了应用传统抗震加固方法的一些不足之处,探讨了应用消能减震技术进行结构提高一度抗震设防加固的可行性;并以某C类框架学校建筑加固工程为实例,从减震控制效果分析、弹塑性变形验算、消能部件影响评价、抗震构造措施核查4个方面论证了消能减震加固方法的有效性和可操作性。结果表明,消能减震技术在C类框架学校建筑抗震加固中具有一定的应用优势,不但能有效控制结构的地震响应,而且依据减震效果可以适当降低结构的抗震构造要求。因此,只要通过合理的消能减震加固设计,再辅以额外的局部加强处理,完全可以实现C类框架学校建筑提高一度抗震设防的加固目标需求。     

带摩擦阻尼器底部框架砌体减震结构地震响应分析

研究底部框架砌体双功能减震结构在地震激励下的响应。该结构通过在底部框架设置摩擦阻尼器并在框架顶层与砌体底层之间增设隔震层,形成底部框架上部砌体的双功能减震结构。首先针对设置摩擦阻尼器耗能减震结构的地震反应振动方程求解,给出状态方程直接积分法,由此对结构进行地震激励下的响应分析,再与SAP2000软件分析结果进行对比,两者结果吻合较好。另外,采用强制解耦法进行相应计算,并与前述分析进行对比,结果表明强制解耦法对求解结构第一、二阶振型反应偏差较小,但对于求解高阶振型存在较大偏差,且强制解耦法高估了结构的减震效果。研究结果表明,这种新型减震结构具有良好的减震性能,采用状态方程直接积分法对该结构的分析具有较强的实用性。     

建筑结构减震控制新体系——减轻城市地震灾害的有效途径

本文提出一种崭新的,更加安全、有效、简单、经济,且能适用于不同地震烈度区的结构减震控制体系,包括结构隔震体系,结构消能减震体系,被动和主动减震控制体系,并介绍这种新体系的减震机理、构造方案、试验成果、减震动力理论分析,以及在国内外的最新研究发展和应用情况,包括作者在该领域所取得的最新试验研究、理论和工程应用成果,并以减轻城市地震灾害为目标,探讨了抗震结构今后的发展方向。     

自复位耗能摇摆框架的抗震性能参数分析

自复位耗能摇摆框架结构是在原RC框架结构基础上用自复位耗能摇摆柱(SCEDRC)对其中的普通柱进行改造而来。利用OpenSees有限元软件建立各结构的有限元模型,并进行动力弹塑性分析。对比了自复位耗能摇摆框架结构与RC框架结构的抗震性能;考察了自复位耗能支撑(SCEDB)安装角度、设计参数及SCEDRC位置等变化对结构抗震性能的影响。结果表明:自复位耗能摇摆框架结构的抗震性能优于RC框架结构,可实现改善结构变形模式、减小损伤和残余变形的目标。各参数变化对结构性能影响显著,SCEDB安装角度为30°～40°时,结构抗震性能最佳;增大SCEDB的第一刚度K1、第二刚度K2、初始预拉力P0和摩擦力F,均有利于提升结构的抗震性能;当SCEDRC布置为结构的中柱时,对提升整体抗震性能最为有利。     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

不对称大底板多塔楼隔震结构的地震响应分析

针对不对称大底板多塔楼隔震结构体系,通过建立地震响应的动力分析简化模型,推导出不对称大底板多塔楼隔震结构体系地震作用下的运动方程。对一实际的不对称大底板多塔楼隔震结构进行地震响应仿真分析,探讨塔楼质量偏心率和塔楼质量比对结构周期比、位移比和层剪力比的影响。结果显示,不对称大底板多塔楼隔震结构扭转角主要由隔震层产生;与不隔震结构相比,不对称大底板多塔楼隔震体系的扭转角减小,可取得较好的减震效果;塔楼与底板的位置分布和质量分布会影响体系的扭转效应和减震效果,应尽量使塔楼的质心与底板质心重合,塔楼质量分布均匀,以减小结构的扭转效应,提高减震效果。