长周期地震动作用下基础隔震结构抗倾覆能力研究

对极限高宽比的基础隔震结构进行地震响应分析,探究常规地震动与长周期地震动的差异,并从隔震层位移、隔震层拉应力以及结构的抗倾覆力矩比3种导致结构倾覆的参数入手,分析基础隔震结构在长周期地震动作用下的倾覆情况。首先,选取近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动各9条。其次,建立3种不同烈度区下极限高宽比限值时的框架隔震结构模型,分析不同设防烈度下罕遇地震对基础隔震结构隔震层支座水平变位与轴向受力的影响,以及罕遇地震时结构的抗倾覆力矩比。最后,修正高宽比限值简化公式,计算出长周期地震动作用下的理论高宽比限值,根据限值修正结构高宽比后再进行地震响应分析。研究结果表明：在长周期罕遇地震动作用下,基础隔震结构隔震支座位移量普遍超过允许限值,大量支座出现拉应力,其中部分支座拉应力超过允许限值,隔震层受到严重破坏;少数情况下结构抗倾覆比小于1.2,结构有倾覆可能;结合简化公式给出长周期地震动作用下高宽比建议值。     

基础滑移隔震土坯组合砌体结构振动台试验

村镇建筑土坯结构在一定地域仍有较多应用,为提高土坯结构的抗震能力、减小地震反应,提出了再生砖-土坯组合砌体结构,还提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统。进行了足尺再生砖-土坯组合砌体结构的振动台试验,采用了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,研究了结构动力特性与损伤演化过程,分析了影响结构地震反应的主要因素,阐明了隔震系统减小结构地震反应的作用。研究表明:基础滑移隔震再生砖-土坯组合砌体结构具有良好的工作性能;小震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统不启动,结构地震反应与抗震结构类似;中震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统启动,减轻了上部结构的地震作用;大震下,基础滑移隔震系统工作良好,有效地减缓了上部结构的损伤破坏;再生砖-土坯组合砌体结构可用于村镇砌体结构的抗震设计。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构工作性能试验研究

为发展村镇地区低层砌体房屋的低成本隔震技术,提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,该隔震系统由上下基础梁、玻璃珠-石墨滑移隔震层、上下基础梁间限位装置构成,根据受力需要,可在上下基础梁间设置砂浆棒,以实现对不同烈度区基础滑移启动荷载的有效控制。进行了4个不同构造的玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体墙试件的低周反复荷载试验,基于试验,分析了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统的工作性能、砂浆棒控制作用、墙体滑移滞回性能、限位装置工作性能、墙体承载力和破坏特征。研究表明:玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统工作性能良好,能显著减小上部砌体结构所受的地震作用;在隔震系统中加入砂浆棒提高了隔震系统的滑移启动荷载,实现了对滑移启动荷载的有效控制;限位装置可有效地限制滑动位移,同时在大震下限位钢杆有足够的强度,防止上部结构位移过大;达到极限滑动位移后,随着低周反复荷载的继续施加,试件墙体的损伤破坏过程及破坏形态与抗震墙体类似。玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构,适于村镇低层房屋隔震设计。     

考虑支座转角的地基不均匀沉降基础隔震结构地震响应分析∗

地基不均匀沉降可能会引起沉降范围内部分隔震支座发生转动,造成隔震层刚度发生变化,进而导致上部结构地震损伤和失效风险增大。针对地基不均匀沉降条件下基础隔震结构地震响应研究,现有成果大都通过施加平动位移进行模拟,并未考虑隔震支座转角的不利影响。为了研究地基不均匀沉降条件下基础隔震结构支座可能出现的转动及其对整体结构地震响应特征影响规律,首先以隔震支座为对象,研究了支座转动变形与叠层橡胶隔震支座水平刚度变化关系,建立了叠层橡胶隔震支座转角与水平刚度变化关系函数;在此基础上系统研究了地基不均匀沉降条件下整体基础隔震结构响应特征,以及基础结构的减震系数变化规律,以期揭示地基不均匀沉降对基础隔震结构地震响应影响机理。结果表明：隔震支座转角变形会引起隔震结构体系地震响应发生显著变化,随着隔震支座转角增大,隔震层水平刚度增大的同时隔震结构体系变形能力减弱,进而造成上部结构加速度响应增大,位移响应减小,导致基础隔震结构水平减震系数增大,减震效果低于预期;当转角接近π/2 时,隔震支座将丧失降低上部结构地震响应的作用,原隔震结构将退化为抗震结构;对于存在地基不均匀沉降的基础隔震结构,应及时采取必要措施控制地震响应,以防范上部结构发生倾覆。     

大型变电站在近断层地震动作用下的地震反应分析

结合近断层地震动特征,针对我国变电站量大面广的特点,建立了考虑变电站主体结构-电气设备相互作用的三维动力分析模型;选取多条实际近断层地震动记录作为地震动输入,采用非线性动力时程分析方法对大型变电站进行地震反应分析,并与远断层地震动作用下的地震反应结果进行了对比分析。结果表明,大型变电站在近断层地震动作用下的地震反应大于远断层地震动作用下的结果,该类建筑物对近断层地震动的作用较敏感,近断层处变电站的地震破坏影响程度更大。此外,还分析了近断层地震动作用下采用隔震技术的变电站地震反应,发现其抗震性能优于未采用隔震措施的变电站,即隔震技术适用于建造在近断层附近的变电站。     

不同场地多层基础隔震结构振动台试验对比研究北大核心CSCD

通过开展土-隔震结构动力相互作用体系的大型振动台模型对比试验,研究了刚性地基、硬土地基和软夹层地基3种不同地基上多层隔震结构的地震反应特征和基础隔震效果。结果表明:SSI效应对隔震结构动力特性的影响与地基土性密切相关,当地基土性由刚变柔时,隔震结构体系的一阶自振频率明显降低,阻尼比也明显增大;不同土性地基上SSI效应对隔震结构地震反应的影响并不相同,软夹层地基上SSI效应可能增大也可能减小隔震结构的地震反应强度,而硬土地基上考虑SSI效应时隔震结构的地震反应与刚性地基时的地震反应差别较小;不同土性地基上SSI效应对隔震结构基础隔震效率的影响与地基土性、输入地震动的特性和峰值等相关,其中地基土性的影响最为明显,地基土性越软,基础隔震效率越低。     

极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构地震响应特性

以上部结构分别为三层、五层、七层和九层的 LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,考虑了上部结构屈服强度比、刚度、硬化系数等的影响,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下隔震结构无碰撞以及隔震层与限位墙发生碰撞时的非线性响应特性进行了分析和对比。结果表明：增大上部结构屈服强度比,可以有效降低上部结构的层间位移和延性需求;当屈服强度比越小、上部结构刚度越大时,硬化系数对结构响应的影响越大;无碰撞时,对于上部结构基本自振周期在一定范围内变化的 LRB 基础隔震结构,相同的屈服强度比对应的上部结构延性需求、损伤状态基本一致,但是当隔震层与限位墙发生碰撞,上部结构破坏程度会有很大差异,特别是上部结构刚度较大时,延性需求增大非常明显,这种情况下上部结构破坏已经非常严重甚至会倒塌。     

不同场地多层基础隔震结构振动台试验对比研究

通过开展土-隔震结构动力相互作用体系的大型振动台模型对比试验,研究了刚性地基、硬土地基和软夹层地基3种不同地基上多层隔震结构的地震反应特征和基础隔震效果。结果表明:SSI效应对隔震结构动力特性的影响与地基土性密切相关,当地基土性由刚变柔时,隔震结构体系的一阶自振频率明显降低,阻尼比也明显增大;不同土性地基上SSI效应对隔震结构地震反应的影响并不相同,软夹层地基上SSI效应可能增大也可能减小隔震结构的地震反应强度,而硬土地基上考虑SSI效应时隔震结构的地震反应与刚性地基时的地震反应差别较小;不同土性地基上SSI效应对隔震结构基础隔震效率的影响与地基土性、输入地震动的特性和峰值等相关,其中地基土性的影响最为明显,地基土性越软,基础隔震效率越低。     

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...     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

近断层地震作用下考虑P-Δ效应的混凝土结构响应分析*

近断层地震动具有更大的水平地震和竖向地震作用,从而改变结构的p-Δ效应。首先,利用537组近断层地震动,统计分析了近断层地震动的反应谱特性和竖向与水平向加速度峰值比,考察了近断层地震动的特性。其次,分别对近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动和远断层地震动作用下混凝土结构的弹塑性反应进行了计算,分析了p-Δ效应的影响规律。最后,同时输入竖向和水平向地震动,考虑竖向地震动对结构p-Δ效应的影响。结果表明:近断层地震动有较大的水平向和竖向反应谱值,在近断层区域,将竖向地震动作用简单的按照现行规范中的取水平地震作用的2/3进行考虑是偏于不安全的;加速度峰值一致的前提下,结构在近断层脉冲地震作用下具有较大的响应,但p-Δ效应对结构的响应影响不明显,幅度大多未超过10%;由于地震动的随机性及复杂性,竖向地震动引起的惯性力不一定会增大结构的反应,也有可能会减小结构的反应。     

弯曲破坏型钢筋混凝土桥墩地震变形成分及影响因素

钢筋混凝土桥墩拟静力试验表明,弯曲破坏型桥墩墩顶位移主要由弯曲变形、滑移变形成分构成。为进一步探讨地震荷载作用下弯曲破坏型桥墩地震变形成分及其影响因素,首先基于Lehman以及李贵乾的桥墩试件拟静力试验,利用OpenSees平台采用纤维梁柱单元模型附加零长度截面单元对试验滞回曲线和墩顶变形成分进行数值模拟;其次建立原型桥墩数值模型,考虑近断层和远断层地震动进行了非线性动力时程分析,探讨了最大侧移角、位移延性系数等结构反应参数,以及剪跨比、纵筋配筋率等构件特征参数对桥墩地震变形成分的影响。结果表明,墩顶总位移中纵筋粘结滑移成分随最大侧移角和位移延性的增大而增大,随剪跨比和纵筋配筋率的增大而减小。考虑纵筋粘结滑移的数值模型与仅考虑弯曲变形纤维梁柱单元模型相比,将增大桥墩的地震位移反应。     

近断层速度脉冲对RC框架的地震反应影响

强烈的速度脉冲运动严重影响结构的地震响应,而目前的抗震设计规范并未对结构的速度响应作出全面分析。因此,根据汶川地震记录筛选出两组具有代表性的近断层强震数据:一组3向均含有速度脉冲;另一组3向均不含速度脉冲。对选出的6条地震动的速度反应谱、V~2时-频反应谱、累积动能曲线进行了分析比较。在此基础上,以某钢筋混凝土框架结构为例,探讨了结构在这两组输入地震动作用下的动力响应差异和速度脉冲对钢筋混凝土结构的地震反应影响。结果表明:近断层速度脉冲型地震动对各频率段的单自由度体系均有较大的能量输入,且对长周期结构具有更大的破坏作用。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

砂土液化对基础隔震结构地震反应的影响分析∗

砂土液化会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,这一现象也将对基础隔震结构地震反应规律产生影响。 基于有限元方法,采用 ABAQUS建立了土?隔震结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同地基液化情况对基础隔震结构地震反应规律及隔震效果的影响进行了深入分析。结果表明：隔震结构下部桩基础能够有效提高下部地基的抗液化能力,进而保证隔震结构的整体稳定性。总体来看,液化场地上隔震结构的隔震效果及地震反应与输入地震动的特性相关,近场地震作用下液化地基上隔震结构的隔震性能保持良好,而远场强震作用下液化地基上隔震结构的隔震效果降低。同时隔震层产生较大的位移反应可能导致隔震支座失稳或强度破坏,设计时需特别注意。     

滚动环梁与滑移垫层并联隔震的立式储罐振动台试验研究

以滚动环梁与滑移垫层并联隔震基础为研究对象,进行了1/4储罐模型的地震动振动台试验研究。研究分2种工况模式,即:土体垫层非隔震基础形式和滚动环梁与具有弹性变形材料的滑移垫层的并联隔震基础形式。详细介绍了罐体设计、缩尺理论、隔震装置设计、测点布置和地震波输入等情况。并对非隔震和并联隔震模型的罐壁加速度,罐壁位移和罐壁应变对比得出了基本的结论。试验证明:并联隔震比非隔震具有更好的隔震效果,在El Centro波作用下,储罐罐壁加速度峰值减小了25%;金门波作用下减小了13%; Taft波作用下减小了40. 98%; Pasadena波作用下可减小66. 6%。在罐壁下部应力也有较好的减震率,可有效减少象足屈曲等破坏。     

方形组合式钢丝绳隔震器静刚度试验研究

作者研制了一种新型方形组合式钢丝绳隔震器。该种隔震器由4个条形夹具夹持16根普通镀锌钢丝绳组合而成,从结构形式上保证了水平刚度对称。经过多次垂直向循环静力加卸载试验,运用Origin 7.0软件对实验数据进行分析处理,绘制出该种隔震器的静力特性曲线,并分别与目前防护工程中采用的条形不锈钢钢丝绳隔震器、鼓形钢丝绳隔震器的静力特性曲线进行了比较。试验结果表明,方形组合式钢丝绳隔震器不但具有初始刚度大、软特性明显、阻尼大、加工简便、性价比高等优点,而且克服了条形不锈钢钢丝绳隔震器价格高、水平刚度不相同和鼓形钢丝绳隔震器加工复杂的不足,在今后的防护工程隔震技术中有良好的应用前景。     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终取决于断层活动方式,变形大小则取决于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

刚性桩复合地基地震响应的拟静力简化计算方法

刚性桩复合地基在建筑结构中已得到广泛应用,但对其地震作用下的动力响应研究还不够充分。采用上海市《建筑抗震设计规程》8度罕遇地震的规范标准反应谱拟合生成人工地震波,以软土场地中的某10层钢筋混凝土框架结构为对象,将土体自由场变形和上部结构惯性力对桩身内力的影响分开考虑,提出一种拟静力简化计算方法,分析刚性桩复合地基的地震响应。并建立刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,利用数值方法进行动力时程分析,验证了拟静力方法的合理性。进一步分别计算了自由场位移对桩基的作用、刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体地震响应以及桩筏基础地震响应。结果表明:拟静力方法与数值方法较为吻合,复合地基的桩身内力和筏板底加速度峰值均小于桩筏基础,褥垫层对地震波具有滤过作用,显著减轻了地震的作用效应。