地震动频谱特性对隔震结构非线性地震响应的影响

采用等效线性化方法建立隔震结构不同周期的单质点分析模型,用加速度反应谱平均周期(Tr)表征地震动频谱特性,对不同特性的隔震结构输入Tr在0.3～5.5 s的地震波,研究这些不同频谱特性地震波对不同周期以及不同屈重比隔震结构的影响。结果表明:当隔震周期大于4.0 s时,上部结构的加速度和隔震层位移随着Tr的增大而增大。当隔震周期小于4.0 s时,上部结构的加速度和隔震层位移随着Tr的增大先增大后减小。随着Tr的增大,上部结构加速度先随着屈重比的增大而增大,一定范围后,随着屈重比的增大而减小,隔震层的位移随着屈重比的增大而减小。地震动的频谱特性对隔震结构的减震效果影响很大,但隔震结构周期为4.0 s左右时可以取得最佳的减震效果。     

基础隔震位移反应谱及其应用

我国现行建筑抗震设计规范中,通常采用加速度反应谱来计算建筑结构的水平地震作用,结构地震反应的大小主要通过与结构自振周期相关的地震影响系数体现,基础隔震结构不同于传统结构,结构自振周期长,隔震层变形大,阻尼大,在隔震结构抗震设计中,仅仅利用加速度反应谱进行抗震是不充分的,需要验算结构的最大位移反应,为此,研究了基础隔震结构位移反应谱及其计算公式。     

近断层强地震地面运动特征参数分析

针对以往用于描述一般地震动的强度表征参数是否也适用于近断层强地震动的问题,筛选出汶川地震中断层距100 km内的102条强震记录,通过时程曲线和反应谱分析,研究各类地震动强度指标及其谱参数特性随断层距的变化规律。结果表明:水平向及竖向的峰值速度与峰值加速度比不适合作为近断层地震动的强度表征参数,且竖向与水平向峰值加速度比为1/2~2/3的公认取值标准不适用于近断层地震动的情况。反应谱分析中,竖向加速度反应谱较水平向反应谱包含更多的高频成分,且谱形窄,特征周期明显较小。随着断层距的增加,竖向加速度平均反应谱衰减速度更快。针对近断层地震动,规范设计谱的平台值(βmax)应适当增大,以提高安全储备。     

近断层地震加速度设计反应谱

研究了近断层地震的加速度设计反应谱,选择了30次地震,132组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的实际地震波的平均弹性加速度反应谱,给出了近断层地震设计弹性加速度反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性加速度反应谱计算公式.研究结果表明:提出的近断层地震设计弹性加速度反应谱与实际地震波平均弹性加速度反应谱较为接近,所建议的近断层地震加速度设计反应谱形式较为简单.     

近断层地震动运动特征对组合隔震体系减震性能的影响

输入近断层地震记录,考察了破裂向前方向性和滑冲效应脉冲对组合隔震体系减震性能的影响.研究表明,滑冲效应脉冲比破裂向前方向性脉冲对组合隔震结构更具有破坏性,在破裂向前方向性脉冲地震作用下,LRB隔震体系的隔震效果比组合隔震体系的效果稍好.在滑冲效应脉冲地震作用下,采用组合隔震体系可有效减小隔震层的位移幅值,但隔震结构的顶层加速度峰值和基底剪力略有增大.     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧软限位分析

基础隔震能有效减轻结构地震响应.但在近断层脉冲型地震作用下,隔震结构的隔震层会发生较大位移,导致隔震结构侧倾失稳.本文采用弹簧限位装置进行软碰撞限位,利用软件SAP2000计算近断层地震作用下限位隔震结构的动力响应,分析限位装置不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大位移和上部结构最大层间位移的影响.     

近断层地震作用下基础隔震结构抗倾覆性能的分析

分析基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的抗倾覆性能.首先建立隔震结构抗倾覆比的计算公式;然后选取近断层脉冲型地震动和远场非脉冲型地震动记录各5条,建立框架隔震结构分析模型,分析地震烈度及近断层地震动脉冲效应对基础隔震结构抗倾覆性能的影响.数值计算结果表明,地震动加速度峰值越大,基础隔震结构的抗倾覆性能越差,9度罕遇地震时的隔震结构抗倾覆比值较7度罕遇地震下减小40％以上;与远场非脉冲型地震相比,近断层脉冲型地震动对基础隔震结构抗倾覆性能的影响更为不利;近断层地区隔震结构设计时对抗倾覆性能应该采取更为严格的标准.     

基础隔震结构弹塑性位移反应谱及其应用研究

为了得到实用化的基础隔震结构弹塑性位移谱并将其应用于基础隔震结构的抗震设计中,基于不同的场地类别和地震类型,本文选取了1 217条加速度峰值大于10gal的强震记录并将其分为9组,利用数值方法对基础隔震结构的弹塑性位移反应谱进行了求解.通过研究位移反应谱的影响因素,建立了模型化弹塑性位移反应谱,并给出了实用的计算公式及地震动位移峰值.对两个自振周期不同的基础隔震结构进行弹塑性时程分析,分析结果表明,利用该公式可以很好地预测基础隔震结构的隔震层位移.     

预制再生混凝土框架模型模拟地震振动台试验

选用不同地震波,通过模拟地震振动台对首例1/4缩尺再生粗骨料取代率为100%的预制再生混凝土框架模型进行了3种地震波输入试验.通过白噪声扫描得到了该模型结构的自振频率、结构振型、阻尼比等动力特性,研究了加速度、楼层剪力、位移动力反应,记录了结构在试验中的开裂等现象.试验分析表明,随着地震动峰值强度的增加,模型呈现自振频率下降、阻尼比增大、加速度放大系数逐渐降低、楼层剪力逐渐增大的趋势;在弹塑性阶段后期,后浇节点刚度退化迅速,层间位移明显增大.采用层间位移作为评估标准,对预制再生混凝土框架的抗震能力进行了评价,表明预制再生混凝土框架抗震性能良好,但应采取必要措施加强梁柱节点的耗能能力.     

上部结构周期对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,研究了上部结构周期对结构地震反应的影响.结果表明,随着上部结构刚度的减小,上部结构周期增大,摩擦摆支座位移逐渐减小,上部结构的加速度反应和楼层剪力逐渐增大.     

核电站反应堆厂房隔震研究

对核电站典型CPR1000堆型反应堆厂房应用隔震技术进行了系统的研究.针对反应堆底部的圆形筏基,进行了隔震支座的布置与选型.基于时程分析法,研究了核电站基础隔震效果,并建立了结构内部设备层的楼层反应谱.此外,文章研究了地震波加速度峰值、设备层所处标高及设备阻尼比对楼层反应谱的影响.研究结果表明,应用隔震技术后大大提高了核电站反应堆厂房的抗震安全储备.     

极罕遇地震下大底板双塔楼PC隔震结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下大底板双塔楼PC隔震结构的抗震性能,采用ANSYS有限元软件对大底板双塔楼RC隔震结构和PC隔震结构进行了有限元模拟.对比分析了罕遇、极罕遇地震作用下两种结构的楼层位移响应、底板应力分布等动力响应和能量耗散情况.结果表明:相比RC结构,PC结构的自振周期和楼层位移响应增大,顶层加速度减小,上部结构塑性耗能增加,损伤严重;极罕遇地震作用下,两结构的隔震层变形显著增大,但耗能能力相对降低,上部结构耗能占比增大,建议在隔震设计时考虑使用较大直径隔震支座;极罕遇地震作用下,两结构塔楼连接位置处的大底板应力峰值均明显增大,故设计时应对塔楼连接位置采取相应的加强措施.     

近断层地震动作用下进水塔的地震反应分析

为了研究近断层脉冲型地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的速度脉冲对进水塔结构的地震反应。在文摘中选取台湾集集地震、美国加州北岭地震两次倾滑断裂地震中含强脉冲的30条原始地震波为输入波,对实际工程结构中的进水塔及启闭机室结构基于受力特点建立了简化计算模型。基于Matlab编制了进水塔地震动反应分析程序,通过输入30条典型近断层地震动,得到了进水塔及启闭机室地震响应。结果表明:在近断层地震动作用下,启闭机室加速度响应均发生了突变,进水塔加速度响应平均值均放大。近断层脉冲型地震动对启闭机室鞭梢效应放大作用大于无速度脉冲地震动的影响,其中含向前方向性脉冲效应的近断层地震动对启闭机室加速度放大最为明显,塔顶及启闭机室的分段截面转角最为明显。说明三组近断层地震动中,脉冲型地震动对刚度突变的启闭机室部分影响大于无速度脉冲的近断层地震动,含向前方向性脉冲效应的近断层地震动对进水塔变形影响最大。     

钢筋沥青隔震墩振动台试验及地震响应有限元分析

在足尺钢筋沥青隔震墩砌体房屋的正弦激励振动台试验的基础上,用有限元分析软件ANSYS建立适当的空间模型并对其进行数值模拟。将分析结果与足尺模型振动台试验结果进行比较,结果表明：有限元分析结果与试验结果基本一致,证明了本有限元在钢筋沥青隔震墩分析中的适用性。在此基础上,用本有限元程序分别对隔震和非隔震有限元模型进行地震响应分析,得出相关结论：相同地震波作用下隔震层的位移随输入幅值的增大而增大;隔震模型的顶部加速度幅值与第1层层间位移幅值小于非隔震模型,表明隔震层在地震波作用下隔震性能良好,大幅度降低了上部结构的底部剪力。     

轻轨高架桥地震响应PGA/PGV分析:PartⅠ近断层效应的影响

以城市轻轨钢筋混凝土高架桥为研究对象,分别输入脉冲型、无脉冲型近断层地震和远场地震3种不同类型的地震,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应,分析了地震峰值加速度与地震峰值速度比值(PGA/PGV)对桥梁地震响应的影响.研究表明,时域分析时,脉冲型近断层地震会造成较大的梁体位移;对于梁体内力,相比其他类型地震,非脉冲地震造成的桥梁惯性力可能较大.频域分析时,相比非脉冲型近断层地震及远场地震,脉冲型近断层地震在较低的频段对桥梁横向响应的影响较大;对于竖向响应,脉冲型近断层地震可以在二阶竖向自振频率影响桥梁地震响应,非脉冲型近断层地震及远场地震在一阶竖向自振频率影响桥梁地震响应.     

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.     

层间隔震结构动力特性及地震响应分析

层间隔震是最近发展起来的一种新型隔震形式,是对结构进行地震反应控制的一种减震技术.以框架剪力墙结构为例,利用ANSYS软件建立其抗震结构和隔震结构有限元模型.通过模态分析,得到结构的频率;通过地震响应分析,得出有关层间位移、加速度及剪力.结果表明:与抗震结构相比,层间隔震结构的频率减小,周期增大;各楼层的加速度幅值减小...     

球形储罐结构地震反应控制研究

为了降低球罐结构的地震响应,对球形储罐进行基础隔震及附加耗能减震控制,建立了无控、隔震、耗能减震条件下球形储罐的有限元模型,并通过模态分析给出自振周期和频率。选择3种不同的地震波输入,进行了基础隔震结构及耗能减震结构地震响应时程分析。结果表明：基础隔震拉长了结构周期,达到了减震的目的,加速度反应降幅在41.4%～76.4%,相对位移反应降幅在50.3%～77.2%;附加的耗能装置的变形耗散了地震动能量,从而减小了结构自身的动力响应,加速度反应降幅在25.2%～77.9%,相对位移反应降幅在71.8%～76.7%;总体看球罐基础隔震结构优于附加耗能结构的减震效果。     

近断层地震动作用下长周期结构的地震动强度指标

选取国内外13次地震的26个近断层地震动记录,研究适用于长周期结构的地震动强度指标.采用时程分析法计算了自振周期3.0～8.0 s的单自由度结构的加速度、速度和位移响应,研究了峰值加速度、均方根加速度、峰值速度、均方根速度、峰值速度与峰值加速度比、峰值位移和均方根位移与这些响应最大值的相关性.在此基础上以宿迁某高层隔震建筑为对象,进一步考察实际长周期结构的最大地震响应与地震动强度指标的相关性.研究结果表明:不同地震动强度指标与长周期结构最大响应的相关性差别很大,加速度型地震动强度指标的相关性最差,速度型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈差,位移型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈好.相比峰值加速度和峰值速度强度指标,近断层地震动作用下长周期结构时程分析时,选择位移型地震动强度指标用于选择和调整地震动输入更为合理.     

考虑高阶振型影响选波方法对近断层地震动输入适用性研究

目的为近断层地震动输入下高层结构的抗震时程分析提供合适的选波方法,将适用于远断层地震动的考虑高阶振型影响的多频段加权匹配地震波选波方法(简称多频段加权选波法)用于近断层地震动,探讨该方法的适用性.方法以20条均存在速度脉冲的近断层地震动作为备选波,并将其均值放大系数谱作为目标谱,采用多频段加权选波法进行选波.以美国SAC Steel Project设计提出的9层和20层的抗弯钢框架结构为实例建立有限元分析模型,以20条近断层地震动时程分析所得结构最大层间位移角均值及分布为目标反应,将多频段加权选波法选出的3条波输入下结构反应均值及美国《建筑荷载规范》(ASCE 7-05)选波要求方法输入下所得结构反应与目标反应进行对比分析.结果对于9层结构,多频段加权选波法与目标反应更为接近;对于20层结构,虽然多频段加权选波法出现了薄弱层位置判断不准确的情况,但最大层间位移角数值的确定基本合适;对于9层和20层结构,多频段加权选波法和ASCE 7-05方法均未出现低估最大层间位移角的情况.结论在进行近断层地震动作用下结构的非线性时程分析时,考虑高阶振型影响的多频段加权匹配选波方法具有较好的适用性.