双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

速度脉冲地震下偏心剪力墙结构的抗震需求

研究强速度脉冲地震作用下,刚度偏心、强度偏心和组合偏心剪力墙结构的弹性和弹塑性抗震需求。基于轴力-弯矩相互作用模型,选取8条速度脉冲地震记录,进行单层钢筋混凝土(RC)偏心剪力墙结构的动力时程分析,讨论结构的弹性位移和扭转角需求,弹塑性位移、扭转角和延性需求的变化规律,揭示不同偏心形式对结构抗震需求的影响机理。研究结果表明:偏心剪力墙结构在强速度脉冲工况下比在非速度脉冲工况下有更大的抗震需求;轴压比对结构弹塑性抗震需求有一定影响;刚度偏心是影响结构弹性抗震需求的主要因素,而强度偏心对结构弹塑性抗震需求的影响最为显著。建议对偏心剪力墙结构进行弹塑性分析时宜增加强度偏心作为基本参数,并考虑轴力影响和速度脉冲地震效应。     

长周期地震动弹塑性反应谱的参数影响

根据长周期地震动的频谱特性,从日本强震数据网K-NET和KiK-net中,合理挑选了47条长周期地震动记录,研究长周期地震动与普通地震动的弹性反应谱的区别.结果表明:长周期地震动加速度谱的卓越周期和长周期段的谱值都明显大于普通地震动的,且其弹性位移谱的谱值比普通地震动的大很多.在此基础上,对长周期地震动弹塑性反应谱(加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱)进行全面的参数影响研究,得到地震动特性(场地土质、震中距、地震动峰值加速度)和恢复力模型动力参数(屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数)等因素对长周期地震动弹塑性反应谱的影响规律,为长周期地震动弹塑性设计反应谱的最终建立提供有益参考.     

弹塑性反应谱及其在抗震设计中的应用

由于当采用抗震规范中的弹性反应谱估算结构弹塑性变形时有许多局限性,该文提出了在抗震设计中直接使用弹塑性反应谱计算在罕遇地震作用下结构的弹塑性反应.该文利用弹性反应谱和Vindic模型中的R-μ-T关系,通过理论分析,推导了弹塑性反应谱的一般表达式,并且提出了弹塑性反应谱在地震作用计算中的应用方法.根据算例分析,延性系数越大,楼层地震剪力越小,但延性系数对层间位移的影响很小.另外,在罕遇地震作用下根据该文提出的方法计算而得到的层间弹塑性位移比根据抗震规范中所提出方法得到的层间弹塑性位移小.     

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。     

近断层速度脉冲型地震动作用基础隔震建筑位移反应分析

以4层、9层和14层3个基础隔震结构为计算模型,选取了3条向前方向性效应速度脉冲及3条滑冲效应速度脉冲地震动记录,并以这些速度脉冲型地震动的弹性反应谱作为目标谱分别合成6条无速度脉冲的地震动时程样本,对比分析了在有、无速度脉冲的地震动激励下基础隔震结构的位移反应.探讨了地震动的速度脉冲对基础隔震结构位移反应的影响,并详细分析了两类不同产生机制的速度脉冲对基础隔震建筑结构地震位移反应的影响差异.研究结果表明,速度脉冲使基础隔震结构位移反应明显增大,对于中低层基础隔震建筑的位移反应滑冲效应速度脉冲的影响更大一些,而向前方向性速度脉冲对高层建筑位移反应影响更大,滑冲效应速度脉冲使得结构底部变形更大,导致结构可能发生底层倒塌破坏.     

基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

Seismic Performance Assessment of High-rise Buildings Subjected to Near-Fault Ground Motion with Fling Effects

近断层地震地面运动区别于远场地震,具有滑冲效应特性和向前方向性效应特性.其中,具有单方向速度脉冲和阶跃式永久位移的滑冲效应对长周期结构影响较大.取1999年Turkey地震中台站SKR带有滑冲效应的近断层地震记录作为输入获得弹性和弹塑性反应谱,并详细分析具有不同大小线性特征周期的单自由度体系从线性发展到非线性的整个过程中滑冲效应的作用.以某典型的钢筋混凝土剪力墙高层建筑结构为例,具体研究近断层地震滑冲效应对结构抗震性能的影响.结果表明,近断层地震滑冲效应除了对较长周期的高层结构抗震性能具有不利影响之外,对可能产生较大非线性变形的短周期结构的影响同样不可忽视.     

近断层地震动对高层建筑结构抗震性能的影响

近断层地震地面运动区别于远场地震,具有滑冲效应特性和向前方向性效应特性.其中,具有单方向速度脉冲和阶跃式永久位移的滑冲效应对长周期结构影响较大.取1999年Turkey地震中台站SKR带有滑冲效应的近断层地震记录作为输入获得弹性和弹塑性反应谱,并详细分析具有不同大小线性特征周期的单自由度体系从线性发展到非线性的整个过程中滑冲效应的作用.以某典型的钢筋混凝土剪力墙高层建筑结构为例,具体研究近断层地震滑冲效应对结构抗震性能的影响.结果表明,近断层地震滑冲效应除了对较长周期的高层结构抗震性能具有不利影响之外,对可能产生较大非线性变形的短周期结构的影响同样不可忽视.     

近场地震作用下锈蚀钢筋混凝土桥墩的IDA分析

利用锈蚀钢筋混凝土柱的滞回试验结果,验证钢筋混凝土构件中锈蚀模型的正确性;利用钢筋混凝土框架的振动台试验结果,验证用OPENSEES程序进行钢筋混凝土结构非线性动力分析的可行性.在此基础上,从PEER地震数据库中选取了30条地震记录,采用OPENSEES建立弹塑性有限元动力分析模型,对钢筋锈蚀的钢筋混凝土桥墩在远场地震、近场非脉冲地震和近场脉冲地震作用下的性能进行非线性时程分析,研究桥墩柱在三类地震作用下的反应,以及钢筋锈蚀对结构地震响应的影响.针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(Incremental dynamic analysis,IDA),得到结构的IDA曲线和近场地震作用下钢筋锈蚀对结构抗震性能的影响.分析结果表明,在考虑钢筋锈蚀因素时,近场脉冲地震对结构抗震性能影响最为显著,在结构抗震设计中应引起注意.     

拉索限位装置对跨断层桥梁地震响应的影响

以一座三跨连续梁桥为工程背景,选择典型的近断层脉冲地震动,应用非一致激励的非线性时程分析方法,对考虑滑冲效应的跨断层桥梁地震响应进行计算,研究不同断层位置的情况下拉索限位器对跨断层桥梁地震响应的影响,并对拉索限位器的自由程和限位刚度进行参数分析。结果表明:应用拉索限位器可以有效地减小跨断层桥梁的位移响应,同时桥墩的受力会有所增加;跨断层桥梁的地震响应对限位器自由程的变化更加敏感。     

地震动的3D瞬态特征与结构破坏的关系

从一个异于传统研究方法的角度出发，利用最近发展的地震动8D瞬态参数分析理论，有选择的研究了有关近场地震动记录的8D瞬态特征：通过对典型近场地震动作用下结构模型的算例分析，探讨了速度脉冲型地震动与结构延性需求之间的关系，指出结构破坏固然与地震动的反复作用有关，但对于大多数结构的关键破坏起控制作用的却可以归因于近场地震动的脉冲特性，这对认识结构破坏的根本原因具有重要意义。     

高强钢筋高强混凝土框架结构拟动力试验研究

采用MTS公司生产的液压伺服加载系统对1/2比例单跨二榀二层框架模型进行拟动力试验,研究配有高强钢筋高强混凝土框架结构抗震性能.试验采用经过调幅的具有不同地震加速度峰值的3种地震波作为激励进行加载,共采用11种工况.重点研究了这种结构在地震过程中动力特性的变化、裂缝出现情况、滞回性能、弹性和弹塑性阶段的地震反应及抗震性能.试验结果表明:此类高强混凝土框架结构具有较好的抗震性能.该试验研究成果为在地震区采用高强混凝土框架结构提供了一条有效的途径.     

多层工业厂房火灾后加固设计与抗震性能分析

为探究多层钢筋混凝土工业厂房在加固前后以及火灾前后的抗震性能变化情况,围绕火灾后多层工业厂房的加固设计和抗震性能分析展开研究.首先,建立多层钢筋混凝土框架结构火灾后抗震性能的有限元分析方法;随后,介绍某多层工业厂房结构特点和火灾后结构损伤情况,据此综合利用增大截面、粘贴钢板和粘贴纤维复合材料等方法对结构进行了加固设计;进而,建立了结构三维有限元模型,开展了结构动力特性和弹性地震响应分析;最后,进行了结构的动力弹塑性分析,探究了火灾前、后结构整体的抗震性能和加固措施对火灾后结构抗震性能的改善,并探讨了不同地震动特性对多层钢筋混凝土框架抗震性能的影响.研究结果表明:火灾后,整体结构地震响应明显大于火灾前,层间位移角最大增加了143％,且不同楼层层间位移角的增大幅度与楼层受火情况密切相关;近场地震作用下的结构响应大于远场地震,罕遇地震作用下底层层间位移角在近场地震作用下可达远场地震作用的2.71倍;所提出的加固方案有效提升了结构抗震性能,罕遇地震作用下底层层间位移角平均减少115.7％.研究成果可为多层工业厂房火灾安全性评估和加固设计提供参考.     

带刚性伸臂减震层高层结构抗震性能对比与分析

通过推导三角形形式钢管伸臂对有效层间位移的放大公式,得到了带刚性伸臂减震层高层结构中黏滞阻尼器的模态附加阻尼比计算公式.以一个框架-核心筒结构为例,对其分别设置刚性伸臂减震层、对角支撑减震层及加强层在近场脉冲波和非脉冲波作用下的抗震性能进行了对比与分析.结果表明,带刚性伸臂减震层高层结构的抗震性能在3类结构中最为优越,而脉冲波则会导致层间位移等性能指标大幅增加,设计时不容忽视.同时,带刚性伸臂减震高层结构抗震性能的提高与剪力墙到外框柱轴线间的距离成正比,与层高成反比,与阻尼器竖向夹角的余弦相关.     

近断层地震速度脉冲效应对桥墩地震反应的影响

近断层地震动的速度脉冲效应对结构抗震提出了更高的要求,结合典型的近断层地震记录分析了速度脉冲的基本特性,并对人工近断层地震动的速度脉冲模型进行研究,讨论了典型模型的参数,在此基础上推荐了一种模型参数确定方法,并结合桥墩算例说明了速度脉冲效应对地震反应的影响及推荐模型参数的合理性.     

远场长周期地震动作用下高层框剪结构地震反应分析

选取3条远场长周期地震动和2条普通地震动,在比较其能量特性的基础上,采用ETABS软件建立两栋高层框剪结构的有限元模型。对比研究了地震动类型和结构基本周期对结构弹性地震反应的影响规律。结果表明:远场长周期地震动对高层框剪结构的地震反应具有放大作用;在其作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角明显大于普通地震动作用下的结果。远场地震动作用下结构的最大层间位移角出现在中下部楼层,且明显超出现行规范1/800的限值要求。普通地震动作用下结构的最大层间位移角出现在中上部楼层,能够满足规范限值要求。随着结构基本周期的增加,远场长周期地震动作用下结构的地震反应随之增大;普通地震动作用下结构的基底剪力、顶层位移逐渐增大;最大层间位移角略有下降、出现的楼层明显上移;顶层位移对长周期地震动、结构基本周期最为敏感。建议在高层结构抗震设计时进行远场长周期地震动作用下结构的抗震性能验算;且将结构位移作为重要的控制指标。     

近断层斜拉桥弹塑性索与阻尼器组合横向减震

研究了近断层地震条件下,使用弹塑性减震索和黏滞阻尼器组合体系进行横向减震的斜拉桥的地震响应和减震规律.采用等效脉冲模型对实际近断层地震进行最小二乘拟合.人工合成Ⅱ类场地下的模拟近断层地震波3组,以永宁黄河大桥为工程背景,对人工近断层地震输入进行非线性时程分析,得到在不同脉冲周期的近断层地震作用下,减震措施设计参数对于塔梁相对位移等响应的影响.结果表明,拟合近断层地震下结构响应与实际地震相差较小,可以满足工程计算需求;近断层地震易造成大位移响应,弹塑性索参数设计时应使结构周期避开脉冲周期;容许减震索进入塑性与保持弹性相比,塔梁相对位移并不会明显增加,甚至在一些情况下会减小.     

地震动速度脉冲对大跨斜拉桥减震控制的影响

地震动的速度脉冲特性是加重工程结构在地震中的破坏程度的重要因素,速度脉冲已成为近断层地震动的重要工程特性之一.以一座大跨飘浮体系斜拉桥为例,选择了4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,利用三维有限元方法计算了地震动的速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制反应,分析了地震动速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制效果的影响特征.总体上看,斜拉桥在速度脉冲型地震动作用下的地震反应大部分要大于无速度脉冲型地震动的,近断层地震动的速度脉冲对斜拉桥无控制、半主动控制和被动控制地震反应均具有一定的不利影响,且地震动的速度脉冲对半主动控制和被动控制减震效果的影响趋势大体相同.