基于高阶动力格式的基底隔震结构地震响应分析∗

隔震支座在强烈地震作用下将产生复杂的动力响应,精确掌握地震响应行为及其规律是研发高质量隔震支座和进行隔震结构设计的基础。在进行结构地震响应分析,特别是非线性分析时,采用传统逐步积分方法以及低阶格式建立起的动力时程分析方法都难以达到高精度,而采用传统高阶时间积分算法则会出现计算过程繁琐,工作量大等情况。本文采用一种基于高阶动力格式的显式时间积分新式算法,应用于基底隔震结构的地震响应分析中。首先通过自由度凝聚缩减原理,建立设置隔震支座钢筋混凝土框架结构简化计算模型;同时采用隔震支座恢复力双切线本构模型构建基底隔震体系运动方程,并转化为状态方程;进而基于微分求积（DQ）原理编制高阶动力格式算法求解状态方程;最后分析一高层基底隔震结构,在高、中、低不同频率地震波下地震响应,验证该方法适用性。结果表明,①利用静态凝聚技术建立隔震结构模型,从而构建地震响应状态方程,是高阶动力分析方法实施的基础。②结构高阶动力分析方法仅通过矩阵乘法运算即可获得结构动力响应,可较好且高效地用于解决非线性地震响应分析问题。③将结构高阶动力分析方法应用于基底隔震结构,能获得隔震结构较为精确的分析结果。     

基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程.引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解.采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极...     

基于子结构频率匹配机制的城市综合体高层结构分层隔震性能研究∗

为实现城市综合体高层结构"可恢复功能"防震目标,建立了综合体高层结构分层隔震体系,以应对裙房-塔楼结合部刚度突变对整体结构动力特性的不利影响,缓解(超)高层塔楼因高宽比过大导致隔震应用受限的问题。基于振型参数分析假定裙房部分侧移形状函数,在此基础上建立整体系统简化动力学模型,通过求解频率响应传递函数,建立子结构间频率匹配关系,调整各子结构频率以优化整体结构动力特性,开展有限元分析验证综合体高层结构分层隔震机制。结果表明:与抗震及单层隔震相比,双层隔震能更有效地控制结构地震响应,基于子结构间频率匹配关系可优化结构整体地震动特性,因此,分层隔震体系是一种适用于复杂、高耸结构的有效防震手段。     

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。     

叠层橡胶垫与RC柱串联隔震体系的随机屈曲分析

悬臂柱与橡胶隔震支座组成的串联隔震系统是国内外很常见的建筑隔震体系,其稳定性受到工程设计和研究人员的广泛关注。由于地震激励的随机性,悬臂柱的刚度不但会通过串联隔震体系的频率响应函数影响结构体系的随机响应特性,而且隔震层顶部的水平位移、水平剪力及竖向屈曲临界荷载三者都受这组随机响应的支配,并有明显的交互作用。本文介绍了笔者所提出的串联隔震结构在地震激励作用下的随机屈曲响应所做的理论模型。针对串联隔震体系的特点,对串联体系的屈曲特性进行了定量分析,分别建立了分析串联隔震体系频率成份和最大层间剪力、最大隔震层位移随机响应的非线性滞变模型,分析了单柱串联体系的屈曲荷载及两种失效准则对应于屈曲分析的工程意义,提出了体现II型失稳特性主要影响因素的屈曲临界荷载均值表达式。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义。以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法。结果表明:不同地震波形与峰值加速度下,土压力、结构内力及动位移响应的分布曲线形态相似,而响应量值差异显著;土压力应以桩顶动位移朝向临空面达到峰值的时刻作为最不利状态进行取值,而结构各截面的控制内力则应取地震响应时程中的峰值;横梁的推力传递和转角约束作用使主、副桩协同承载且极大增强了结构抗变形能力,桩身与横梁交界位置为结构重要受力部位;考虑拟静力法与动力时程分析结果的响应分布曲线相似性,以最大拟合优度确定动力修正系数取值并提出了地震工况下的结构响应简化计算方法。     

滑移隔震结构非线性反应的动力相似性研究

滑移隔震结构地震反应的分析和计算可通过滑移隔震结构非线性反应谱进行简化。由于非线性体系不能采用叠加原理,参数较多,所建立的非线性反应谱比较繁琐。本文通过对滑移隔震体系地震反应方程的变换,研究了滑移隔震体系地震反应中的动力相似关系。研究表明,滑移隔震体系虽然不符合叠加原理,但通过其中的动力相似关系,任何输入幅值下滑移隔震结构的任何反应都可由某一固定输入幅值下隔震结构相应反应经修正得到,理论上这种修正是不含任何误差的。利用该动力相似关系,滑移隔震结构体系非线性反应谱可得到极大简化。     

结合脉动测试的金刚宝座塔地震反应分析及震害预测

为了研究内蒙古呼和浩特市慈灯寺金刚宝座塔的抗震性能,测试了金刚宝座上五座小塔的动力特性,并建立数值模型计算结构的动力特性。通过动力特性比较,确定了结构整体等效弹性模量,输入调幅后的三向EL-Centro波计算古塔的地震反应,输出古塔各层应力响应、弹性位移响应、最大层间位移角以及塔底加速度时程。结果表明:中塔的水平剪应力在塔体中部最大,中塔竖向正应力、边塔水平剪应力和竖向正应力在塔体底部最大;层间位移值在塔体顶部最大,中塔和边塔的结构薄弱层分别为4层与顶层以及底层与顶层。慈灯寺塔在8度多遇地震下塔体基本完好,在8度罕遇地震下塔体上部将产生严重破坏。设置金刚宝座降低了各小塔的振动频率,加大了塔体底部的加速度幅值,不利于古塔的抗震性能。     

大型储液罐的抗震性能分析及复合支座隔震研究

大型常压储液罐在地震作用下所受破坏将带来巨大的经济损失与次生灾害。为获取大型储液罐在地震作用下的响应并分析对其采取隔震措施后的效果,利用精细化有限元方法,建立了大型立式储液罐的模型,计算其振型,然后计算在不同储液量时,不同地震动作用下的储液罐地震响应,随后引入隔震支座,计算了隔震后的结构特性及地震响应,分析了隔震效率。结果表明,不同地震动作用下储液罐的地震反应有明显差异,随着储油量增加,其地震响应增大,满罐时的储液罐根部截面应力超过空罐时的2倍。利用铅芯橡胶隔震支座与滑动支座组合隔震后,能为结构带来较好的隔震效果,且随着储油量的增加,隔震效率随之增加,最大接近50%。     

矩形柱体地震动水压力的附加质量简化模型∗

针对矩形柱体在水中的振动问题,提出一种代替水-结构动力相互作用的附加质量模型。基于矩形柱体动水压力的计算公式、自由振动方程、自振频率和振型的计算公式,建立了水中矩形柱体地震动力反应的计算公式;基于柔性结构的一阶频率降低率,建立了矩形柱体柔性运动引起动水力的附加质量简化公式,并给出了水中矩形柱体自振频率的简化计算公式;基于刚性运动引起的动水力,建立了矩形柱体刚性运动引起动水力的附加质量简化公式;建立了地震作用下水中柱体结构的简化分析模型,即分别采用柔性和刚性运动附加质量的简化公式代替相应的水-结构相互作用。     

地下结构与不同刚度地表结构体系地震响应规律研究

为探讨不同刚度地表结构与地下结构相互作用体系的地震响应规律,构建了地表结构基频低于、等于和高于场地土卓越频率的三种不同刚度的地表结构,地下结构为典型的三层三跨框架结构。采用Davidenkov模型考虑土体的非线性,考虑地震动类型和幅值的影响。计算结果表明:地下结构的存在整体上放大了场地效应,而地表结构的影响取决于体系的频率特征。单一地表结构对地下结构的影响十分有限,而地下结构的存在放大了地表结构的响应,其放大程度仍取决于体系的频率特征。     

天津Z2线工程软土场地震陷分析∗

天津Z2线轨道交通工程地处滨海软土地区。基于《软土地区岩土工程勘察规程》中简化的分层总和法,采用一维土层非线性地震响应分析程序EERA替代Seed经验公式计算土层的动应力,同时采用修正的软土残余应变势简化计算公式,开展了天津Z2线全部98个钻孔的软土震陷计算。结果表明,地表震陷主要源自较浅土层,地表深度20 m以下的震陷可不考虑;隧道由地下线过渡到高架线的上升段震陷较大,应考虑采取防控措施;场地震陷主要由淤泥质土层产生,占地表震陷的70%～80%以上。研究对于类似工程具有一定参考价值。     

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。     

铅芯橡胶支座参数变化对大跨空间网架水平隔震效果的影响

提出在上部空间网架结构和下部支撑结构之间应用铅芯橡胶支座设置水平隔震层,可以有效地减小空间网架结构的水平地震响应。采用非线性时程分析方法计算了某大跨空间网架结构采用铅芯橡胶支座水平隔震前后的地震响应,研究了铅芯橡胶支座对网架结构水平隔震效果的主要影响参数,并详细分析了铅芯橡胶支座屈服力、屈服前刚度和屈服前后刚度比等三种设计参数的变化对水平隔震效果的影响规律,在此基础上给出了网架结构的水平隔震设计建议。     

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。     

多维地震作用下偏心结构动力反应的Simulink仿真分析

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动,因此,对结构进行平—扭耦联反应分析具有重要意义。本文首先建立多维地震动作用下偏心结构的空间力学模型和动力方程,并编制相应的MAT LAB程序,然后将动力方程所代表的动力学系统用控制理论中的状态空间法予以描述,根据其状态方程在SIMULINK环境下建立仿真分析模型,从而求解动力方程。对一双向水平地震作用下的6层偏心框架结构进行平—扭耦联反应数值仿真分析,得出了一些有益的结论。     

非均质土层中单桩水平简谐动力响应特性的数值分析

运用土动力学和结构动力学原理,基于改进的Winkler地基梁模型,同时考虑桩侧土的弱化效应和地基土层的成层非均质性,采用数理方程方法分别求解土与桩的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩侧向简谐动力响应特性分析的计算力学模型和方法,并将所得结果与有限元计算结果进行对比分析,验证了所提出的计算方法的合理性。通过对影响单桩水平简谐动力响应特性的各相关参数进行变动参数分析,总结出了各影响参数对单桩水平简谐动力响应特性的一般影响规律。