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。     

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。     

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。     

远场长周期地震动作用下减隔震连续梁桥的动力响应特性研究

近几年发生的几次大地震均出现了远场长周期地震动的破坏现象,为了揭示自振周期较长的减隔震连续梁桥在远场长周期地震动作用下的动力响应特性,采用非线性时程分析的方法,分别研究了常规地震动和远场长周期地震动作用下减隔震连续梁桥的地震响应,以及远场长周期地震动作用下减隔震和非减隔震连续梁桥地震响应的差异。结果表明:与常规地震动作用相比,远场长周期地震动作用时减隔震连续梁桥的地震响应明显增大,但依然小于板式橡胶支座桥梁的地震响应。这说明,在常规地震动作用下,铅芯橡胶支座减隔震性能发挥良好,在远场长周期地震动作用时,其减隔震性能依然能够发挥,但发挥效应相对常规地震动作用时较弱。这一现象在有关隔震桥梁的设计中应予以关注。     

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。     

考虑土⁃结构相互作用的安全壳隔震与支座数量优化∗

为了探究土-结构相互作用(SSI)对隔震的核电站安全壳在地震作用下隔震效果的影响,以及在此基础上对隔震支座数量设置的优化,选取CPR1000建立三维有限元模型,采用0.4g的LBNS地震波作用,通过ABAQUS有限元分析软件模拟计算在不同情况下,考虑SSI效应、不考虑SSI效应、隔震、非隔震,以及不同数量设置的铅芯橡胶隔震支座下的安全壳的地震加速度、位移响应。结果表明,对于非隔震安全壳,考虑SSI效应后最大加速度响应下降44.39%,最大位移响应增大了27.03%;而对于隔震结构,SSI效应影响相对较小,最大加速度及位移响应的变化分别为3.17%和10.73%。但在考虑位移响应下,SSI效应仍不可忽视。随着隔震支座设置数量增大,隔震层的刚度和阻尼增大,在考虑SSI效应下,安全壳的最大加速度响应近线性缓慢增大。而最大位移响应在数量100～300阶段迅速减小,在数量300～600阶段减速则趋于平缓。在数量达到300后,继续增加数量位移减小效果不明显,而加速度将有所增加。因此选取300作为较优的隔震支座数量设置。     

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。     

近断层地震动对大型LNG储罐作用效应分析

近断层地震动对长周期结构威胁很大,而大型LNG储罐属于安全等级要求极高的液固耦合长周期结构,为研究各类近断层地震动对LNG储罐的作用效应,采用数值仿真方法计算了16×10~4m~3LNG储罐在不同种类近断层地震动激励下的地震响应,通过对比单向、双向和三向地震动作用下LNG储罐地震响应的差异,验证了对LNG储罐进行三向地震作用研究的必要性。此外,重点研究了在具有向前方向性效应、滑冲效应与无脉冲地震动作用下LNG储罐地震响应的特点。结果表明:含有较大速度脉冲和大位移的地震动会激发储液的剧烈晃动,进而对罐壁顶部产生巨大的冲击,导致罐壁顶部出现应力突变和位移超限,最终引起储罐的菱形屈曲或顶部附属结构物的破坏。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90%以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器(MRD)的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc-Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值(VDV)的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。     

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。     

基于试验模态分析的原油储罐损伤识别研究

基于试验模态分析的基本原理,对立式拱顶钢制原油储罐模型进行应变模态试验,考察了模态参数对原油储罐模型损伤程度和损伤位置的识别能力。试验分析表明,罐体结构在损伤位置相同的情况下,损伤程度越大,频率的衰减增大,但相对变化率的变化规律不甚明显;位移振型不能给出损伤的位置信息,振型差曲线可以识别出罐体损伤位置;随着模型内充水高度上升,结构频率呈下降趋势,反映了附加质量和附加阻尼的作用;罐内液体存在对损伤位置识别影响不大。     

水平地震激励下储罐液体晃动分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下，采用有限元法对储罐在水平地震荷载作用下的液体晃动反应进行了分析。结果表明：罐内液体的晃动是长周期运动，并且是多阶振型的组合。从与小体积罐的比较可以看出，大型储液罐的液面晃动不只是以基本振型为主，前几阶振型对液面晃动的贡献也比较显著，并且液面晃动的基本周期比小体积罐的大很多。     

常压立式储油罐地震应力的有限元计算

采用有限元方法 ,考虑在静载和动载共同作用下 ,对常压立式拱顶储油罐的地震应力进行了计算分析 ,给出了轴向应力的分布状态 ;并与相关抗震设计规范中的验算公式得出的结果进行了比较。结果表明 :由于地震的动力作用 ,储油罐的受力状态不是均匀分布 ,出现了峰值和谷值 ,而这些应力峰值大于工业设备抗震鉴定标准和石油化工设备抗震鉴定标准中公式的计算应力值 ,这应引起足够的注意。     

应用形状记忆合金-橡胶复合支座的结构隔震

对橡胶支座存在的问题进行了分析，介绍了SMA-橡胶复合支座的基本构造和工作原理，建立了设置不同支座的单自由度结构的运动方程。应用大型有限元软件ANSYS对分别设置固定支座、普通叠层橡胶支座和形状记忆合金（SMA）-橡胶复合支座这3种不同支承条件的结构进行了，单向地震作用下的隔震仿真模拟，及节点位移和加速度的时程分析。分析表明，SMA-橡胶复合支座和普通叠层橡胶支座都能有效地减小结构的位移和加速度反应，而SMA-橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座能更有效地减小结构的绝对位移反应，防止因隔震层位移过大而导致支座失稳。     

低硬度大直径橡胶隔震支座竖向荷载作用下钢板应力研究

采用大型通用有限元程序,对低硬度大直径橡胶隔震支座在竖向荷载作用下的基本性能进行了精细有限元分析.分析了在竖向荷载作用下支座上下封板、内部钢板的各种应力分布,以及支座顶部是否施加竖向同位移约束、支座孔径比、橡胶材料G值、内部单层橡胶厚度与内部单层钢板厚度之比对支座内钢板受力的影响.结果表明,内部钢板最大Mises应力、...     

非规则多跨连续梁桥横向地震碰撞效应研究

为了探究非规则多跨连续梁桥的横向地震碰撞问题,提高同类桥梁的防震减灾能力,以广东潮安韩江大桥为研究对象,建立了考虑减隔震支座非线性与桩-土相互作用的横向碰撞计算模型,分析了横向碰撞特征及其对结构地震反应的影响,针对接触刚度与初始间隙进行了参数分析,并对橡胶垫片的减碰效果及其厚度的影响进行了探讨。结果表明:(1)横向碰撞可以减小梁墩相对位移,但会产生较大的碰撞力从而增加桥墩受力,并使各墩地震力分布更不均匀;(2)接触刚度的增加虽然可以减小梁墩相对位移,但当刚度值较大时梁墩相对位移的减幅趋缓,过大的刚度取值反而会引起桥墩过大的内力;(3)初始间隙的影响有一定的不确定性,但总体而言初始间隙较小时碰撞力与桥墩受力较大;(4)橡胶垫片可显著减小碰撞力与墩底弯矩,在工程条件允许时可适当增加垫片厚度。     

基于SMA绞线-叠层橡胶复合支座的结构隔震

研究了基于SMA绞线-叠层橡胶复合支座的框架结构隔震理论和方法，建立了3种不同支承条件下单自由度隔震体系的运动方程，并对一个典型的4层框架结构，分析了它在地震作用下的时程反应。结果表明，SMA绞线-叠层橡胶复合支座是一种有效的隔震装置，它用于框架结构中，能有效地减小结构的位移、速度和加速度反应。     

地震动频谱特性对罐液体系地震响应的影响分析

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的位移格式的运动方程,运用ANSYS建立立式拱顶储罐的三维有限元模型,分别选取短周期成分丰富(S1)、普通地震波(S2)和长周期成分丰富(S3)的三条天然地震波,分析了地震波频谱特性对液体晃动、罐底剪力、弯矩以及罐壁响应等结果的影响。研究表明,罐液体系自振频率存在两个明显频段,即液体晃动低频率段(长周期)和罐液耦联振动高频率段(短周期)。罐液体系的动力响应对地震波频谱特性的影响较为敏感。S3地震波卓越周期最接近罐液晃动周期,引起液面大幅度晃动,较其他增长4倍。罐液耦联振动对轴向应力响应影响最大,S1地震波卓越周期最接近罐液耦联振动周期,其引起罐底轴向压应力超过规范许用应力,出现明显"象足"屈曲变形。罐底剪力和弯矩受耦联振动影响最大,而液体晃动对其影响较小,地震激励仅引起液体表面少量单元产生对流运动。