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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

板式支座与铅芯支座连续梁桥振动台试验对比分析

通过对分别采用板式支座和铅芯支座的2座3跨连续梁桥模型进行振动台试验,对比分析了这2类桥梁的动力特性、破坏过程及2种支座对连续梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震波特性对桥梁结构的地震反应有较大影响,在对桥梁结构进行抗震设计时,需选择合理的地震动输入;在地震强度较小时,板式支座的滑动能够起到一定的隔震效果,铅芯支座的隔震性能能得到较好的发挥;在地震强度较大时,铅芯支座的隔震性能不能得到很好的发挥,采用铅芯支座的桥梁地震反应不一定小于普通桥梁;通过合理的设计,2类桥梁都完全可以实现大震不倒的设防目标。     

层间隔震结构简化模型地震响应计算方法研究

建立了层间隔震结构双质点系简化计算模型,研究了简化模型的动力特性及地震响应对模型质量比、周期比的敏感性,推导了模型参数的简化算式,提出了基于非比例阻尼的层间隔震结构的简化计算方法,并用实例验证了方法的可靠性和实用性。结果表明:层间隔震结构的动力特性与上下部结构质量比及周期比密切相关,并且可以反映层间隔震的高阶振型特点。利用本文提出的简化计算方法,可快速估计层间隔震结构的地震响应,方法概念清晰、计算简单且具有一定精度。     

多球面滑动摩擦隔震支座的设计原理和理论模型

介绍一种用于桥梁抗震的多球面滑动摩擦隔震支座,分析这种支座的设计原理,阐明其构造特点,分析了其工作机理和滑动隔震过程,并由此建立了该隔震支座的力—位移关系恢复力模型。理论分析表明,该支座除具备完善的减隔震支座所要求的功能之外,还构造简单、隔震机理清楚、数学物理模型明确,能够满足实际应用中简单性的要求。此外,该支座在不同强度的外部激励下,可以表现出不同的阻尼和刚度。并且具备单独优化性能,即该支座可以基于多性能目标或多水准地震,对于给定的桥梁隔震系统的各个参数分别进行优化。这两种特性使得该支座适合多水准地震动作用下,基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

地震断裂带深孔岩芯非弹性应变恢复法三维地应力测试

"汶川地震断裂带科学钻探"项目(WFSD)是最快回应大地震的科学深钻项目,在钻孔崩落法、水压致裂法等无法使用的情况下,首次使用岩芯非弹性应变恢复法进行深部三维地应力测量。基于黏弹性体非弹性应变恢复理论和岩芯测试理论,模拟深孔岩芯在三维地应力作用下的非弹性变形,在均质各向同性的前提下,计算3个主应力的方向与大小。在WFSD项目现场实验室,使用开发的测试系统,测试深部岩芯非弹性恢复应变的6个独立方向的法向应变,确定测试点的三维地应力方位与大小。为了验证非弹性应变恢复法的有效性,分析了WFSD项目1号孔的测试结果,该结果与震源机制解及其他地应力测量方法得到的结果十分吻合,表明非弹性应变恢复法合理可靠,尤其在复杂地质条件下,其他地应力测试方法无法使用时,非弹性应变恢复法有更好的适用性,该方法为探索大深度钻井条件下使用岩芯法开展地应力测量提供了一种新途径。     

偏心结构在双向地震作用下扭转反应之影响因素

对偏心结构在双向地震作用下的弹塑性扭转反应进行了研究。以纤维模型模拟双向地震作用下混凝土柱的双轴弯曲,考查刚度偏心es、强度偏心ep和自振周期T等因素对结构扭转的影响。通过弹塑性时程分析得到的结果表明,在双向地震作用下,随着刚度偏心的增大刚性边和柔性边表现出不同的反应特点,前者“延性需求”变大,后者滞回耗能增加;单双向地震作用下,结构弹塑性扭转随强度偏心的变化趋势相同,当0相似文献   

指数型刚度非线性隔震系统的隔震性能分析

目前应用的隔震系统往往处于非线性工作状态,隔震设计仍基本停留在线性隔震理论的基础上,使隔震系统的设计存在诸多缺陷,因此加强对非线性隔震理论的研究十分重要。用指数型刚度表示的隔震系统在非线性隔震系统中有较强的代表性,只要改变指数参数的正负号就可以简单地反映出隔震材料或隔震元件的硬特性或软特性。通过对隔震系统建立的数学模型在核爆近区和远区的地冲击加速度作用下的隔震性能进行数值计算分析,证明隔震系统刚度特性对隔震性能有很大影响,该分析方法对隔震材料的选择和系统的设计有重要的参考价值。     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

基于阻尼器反力墙体系的特大型LNG储罐控制研究

特大型液化天然气(LNG)储罐的固有频率通常介于2～10Hz之间,处于大部分地震运动的频率范围之内.在过去的几十年中,许多事故已经证明,储罐在地震作用下很容易遭破坏.使用隔震支座来减少储罐的地震作用已经被证明是非常有效的,但对于特大型LNG储罐,其连接组件对隔震层层问位移有严格限制,尤其是在软土场地中,桩水平抗力与隔震...     

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。     

在水平荷载作用下不规则建筑结构的弹塑性反应综述

建筑结构在强震作用下的变形通常进入非弹性阶段,特别是不规则建筑结构,由于平动与扭转耦合效应使之在强震作用下的弹塑性更为复杂。因此,这方面的研究还存在相当大的难度,当前并没有形成较为一致的结论。本文着重探讨了建模、刚度偏心、质量偏心和强度偏心等因素对不规则建筑结构弹塑性反应的影响,对不规则建筑结构的弹塑性反应做了简要评述,指出文献中存在分歧和矛盾的主要原因,以便为更深入地开展不规则建筑的地震反应分析做必要的准备。     

拟合水工设计反应谱的人工地震波的生成与Huang变换校正

根据非平稳输入下建立的功率谱与均值反应谱之间的关系,合成基于水工设计反应谱的人工地震波,并对其幅值进行修正,降低了高频区误差作用;为了解决加速度时程积分后的速度、位移时程的零线漂移现象,利用Huang变换得到加速度时程的固有模态函数,由Huang变换方法得到的最低频率固有模态函数分量通常情况下代表原始信号的趋势或均值,对去掉均值后的加速度时程进行积分得到的速度、位移时程不存在零线漂移问题。     

液化土层隔震和地基失效共同作用下多层砖房震害分析

对４０个液化实例计算了震陷值和谱烈度比，依据宏观震陷经验，提出了在液化土层隔震和地基失效共同作用下多层砖房的震害预测方法。