新型多维隔减震装置在高烈度区工程中的应用

为提升建筑结构多方向的抗震能力,基于黏弹性材料的高耗能特性提出了一种由筒式阻尼器和隔震支座组成的新型多维隔减震装置,并应用于云南某小学的实际工程.首先通过试验得到筒式阻尼器的耗能特性,然后建立多维隔减震装置的力学模型和受控结构运动微分方程,通过对比计算研究装置的多方向隔减震效果.结果表明:装置中的筒式阻尼器具备较强的耗能能力,且其力学性能会随激励频率和幅值变化而变化;结构中加入新型装置后,水平和竖向的地震响应均得到有效控制;在EI Centro地震波作用下,与橡胶隔震结构相比,多维隔减震结构X方向和Y方向的最大隔震层位移分别降低39.5%和38.9%,X方向和Y方向结构最大层间位移分别降低39.4%和45.5%,Z方向最大位移和加速度响应分别降低12.2%和6.3%,说明新型多维隔减震装置可有效减轻结构多方向地震响应.     

基础隔震山地掉层框架结构抗连续倒塌性能研究

山地隔震结构本身具有特殊性,因此其破坏模式、受力性能与普通平地隔震结构体系有很大的不同.为了研究基础隔震山地掉层结构的抗连续倒塌性能,首先对一榀4跨3层平面框架拟静力试验进行数值模拟并验证了LSDYNA纤维单元模型的可靠性,根据中国规范设计了6个基础隔震掉层体系框架和1个普通平地隔震结构,基于拆除构件法对剩余结构进行抗倒塌性能研究,得到其荷载系数与失效点竖向位移曲线.研究结果表明,拆除下接地角柱(支座)、上接地角柱时,平地隔震结构的抗倒塌能力大于掉层隔震结构;拆除上接地支座时,平地隔震结构的抗倒塌能力弱于掉层隔震结构;隔震山地掉层框架结构邻近坎下边支座(底层柱)失效跨的抗力机制要滞后于上接地跨的抗力机制,可为基础隔震山地掉层框架结构的抗连续性倒塌设计提供参考.     

强震作用下城市连续高架桥倒塌失效模式

高烈度地震区内城市高架桥梁结构是城市交通的命脉,但当其遭遇强震导致失效时会造成不可预估的社会后果.高架桥或者其构件发生损伤导致自身不能发挥正常的使用功能时认为桥梁失效.以某六跨连续梁高架桥为工程背景,采用OpenSees软件建立了三维非线性有限元计算模型,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法和加权秩和比法来判别在强震作用下该高架桥在的连续倒塌失效模式.计算过程中考虑支座的摩擦滑移,根据损伤值的变化来判断构件的状态,对连续梁桥各个构件的失效次序进行统计,给出具有统计意义的地震倒塌失效模式和最弱失效模式.结果表明:根据加权秩和比法得到的倒塌失效规律和最弱失效模式基本一致,首先是起到摩擦减震的滑动支座失效,其次是固定墩和固定支座失效,最后非固定墩失效.研究结果可为类似连续梁高架桥的抗震分析和地震失效倒塌模拟提供一定的参考和借鉴.     

强震下智能隔震支座研制及恢复力分析

为减小强地震对建筑破坏带来的损失,隔震装置就显得尤为重要,目前比较好的结构控制法之一是结构半主动控制.本文用形状记忆合金(SMA)和叠层橡胶支座以及温感控制器三者结合研制在强震下以半主动控制的方式的智能隔震支座,分析并研究了半主动控制的智能隔震支座的工作过程以及工作原理,用结构动力学分析法写出了运动方程,用MATLAB编程计算拟合实验数据.分析结果表明:叠层橡胶支座、SMA复合支座以及半主动智能隔震支座均具有较好的隔震效果;半主动智能隔震支座的隔震效果明显比叠层橡胶支座和SMA复合支座隔震效果要好,尤其是在强震下会表现的更加突出.这为结构振动控制控的隔震设计以及工程实际应用提供微薄的理论基础.     

采用GFRP橡胶隔震技术的某砌体结构动力响应分析

由于近年来几次地震对中国大陆村镇房屋造成严重震害,适合村镇砌体房屋的低造价隔震技术引起广泛关注,对此开展玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震技术的研究,完成GFRP橡胶隔震支座的基本力学性能试验研究.隔震支座压剪试验结果显示,GFRP橡胶隔震支座的滞回性能良好.建立村镇典型砌体结构基础隔震的计算模型,采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)所规定的隔震设计计算方法,以汶川灾区一座典型砌体结构房屋为对象,研究地震作用下采用GFRP橡胶隔震支座的基础隔震结构的动力响应,研究结果显示在地震作用下隔震房屋响应的加速度峰值明显减少,因此,GFRP隔震技术的隔震和减震效果显著.     

高烈度区新型减隔震连续梁桥的抗震性能

在满足支座耗能能力的同时,兼顾其在桥梁运营期间的变形适应能力,研发了一种新型多功能减隔震支座.以地处地震高烈度区的太白大桥为研究对象,基于实测参数分析了时域内新型支座用于该连续梁桥的减震效果,并分别与传统非隔震体系、摩擦滑移支座隔震、铅芯橡胶支座隔震等措施的减震效果进行了对比.结果表明,新型减隔震支座具有较好的综合使用效果,对桥梁在环境作用下的变形适应能力较强,并且可以满足桥梁在强震下的耗能需求,保证了桥梁的安全性.     

框架结构隔震技术的应用及其经济性分析

文章以某栋框架结构为例,采用大型有限元分析软件SAP2000分别对其建立传统抗震结构、普通叠层橡胶支座隔震结构和铅芯橡胶支座隔震结构模型,通过在罕遇地震作用下对结构进行动力时程分析,得出3种结构的楼层加速度、楼层剪力和层间位移反应,并进行对比分析.结果表明,该框架结构在应用铅芯橡胶隔震支座时隔震设计效果明显,采用铅芯橡胶支座结构具有明显的社会效益和经济效益.     

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.     

正放四角锥网架敏感性分析及抗连续倒塌性能

为揭示正放四角锥网架的连续倒塌破坏机理,采用备用荷载路径法并结合基于构件承载能力的敏感性评价指标,对正放四角锥平板网架进行动力非线性分析,模拟了结构的连续倒塌破坏过程,分析了厚跨比、跨度和支承形式对网架结构抗连续倒塌性能的影响.分析结果表明,周边点支承正放四角锥网架结构中部下弦杆、中间支座处腹杆为敏感构件,结构中部上弦杆、中间支座周围腹杆和上弦杆为关键构件;周边支承网架冗余度指标分布规律与周边点支承网架相似,冗余度指标小于周边点支承网架;点支承网架角支座腹杆和上弦杆为敏感构件,敏感构件相邻腹杆及中间支座腹杆为关键构件.通过加强关键构件的截面尺寸,可以显著提高结构的抗连续倒塌性能.正放四角锥网架冗余度指标分布规律不随厚跨比、跨度的变化而改变,冗余度指标大小与网架厚跨比、设计应力比成正比,而与模型跨度关系不大.     

近场脉冲型地震下层间隔震结构的隔震层限位减震分析

层间隔震结构在近场脉冲型强震作用下,隔震层易发生过大变形,导致隔震层上部结构倾覆失稳.提出隔震层限位保护系统,进行软碰撞限位.采用Kelvin碰撞模型建立限位保护系统的力学模型与带限位层间隔震的力学模型,推导带限位层间隔震的动力方程.对比分析有、无限位保护系统的层间隔震结构的动力响应,分析限位弹簧的不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大变形和层间弹塑性位移的影响.探讨带限位的层间隔震结构在超越预估强烈地震时的碰撞反应.结果表明:隔震层限位保护系统不影响层间隔震结构在多遇地震下的减震效果,且能有效限制隔震层在强烈地震下的最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳;限位弹簧的不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大变形与隔震结构层间弹塑性位移产生很大影响;在超越预估的强烈地震作用下,限位保护系统亦能限制了隔震层最大变形,使隔震结构破坏模式由隔震层瞬间破坏转变为隔震结构塑性破坏.     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

隔层桁架式立体停车结构地震倒塌易损性分析

采用基于增量动力分析的易损性分析方法定量地评估了隔层桁架式立体停车结构的抗地震倒塌能力.分析了结构在地震作用下的倒塌过程、倒塌机理,对结构在单向和双向地震作用下的抗地震倒塌能力进行了对比,并比较了不同层数结构的抗倒塌能力及安全储备系数.结果表明,该类型结构具有良好的抗地震倒塌性能,底层是结构抗倒塌薄弱层;随结构层数的增加倒塌概率增大、抗震能力减弱,但抗倒塌安全储备系数并不是随结构层数的增加而不断减小.建议针对该类型立体停车结构的设计可以考虑突破现行建筑结构规范高宽比的限值.     

基于耦合概率法的空间杆系结构失效概率分析

结构失效概率的量化计算是预测结构剩余寿命的重要途径之一.以结构三阶耦合失效理论为基础,通过应力变化率法和杆件移除法相结合评价单元杆件失效模态的相关系数,建立了一种空间杆系结构失效概率计算的新方法.首先采用耦合概率法分析得到结构在不同子系统破坏模式下失效概率上界与下界的表达式,并与泰勒展开法进行验证比较分析.同时进行六角星型穹顶结构破坏实验,最后通过应力变化率法分析结构加载破坏全过程的杆件内力时程曲线,总结出六角星型穹顶结构破坏与耦合失效概率区间的变化规律.结果表明,耦合概率法能够很好地展示多子系统间的组合失效结果,将多维积分转化为一维积分,具有较高的计算精度的同时仍具有很好的适用性,可用于计算空间杆系结构失效概率区间,预测结构破坏模态并量化评价结构可靠性.     

高强超薄壁冷弯型钢屋架承载性能及设计方法研究

基于三榀厚度小于2 mm、屈服强度550 MPa的高强超薄壁冷弯型钢屋架模型结构的承载力试验,观测这类低层住宅建筑常用屋架结构的破坏模式,得到其极限承载能力.采用通用有限元软件,建立该屋架结构考虑材料和几何非线性的分析模型,进行屋架结构非线性稳定分析,得到与承载力试验结果相一致的破坏模式.在此基础上,研究屋架结构内力分析的合理计算模式,提出屋架构件的建议设计方法,并对屋架的屋脊节点板构造提出了合理的局部加强改进方案.     

大跨度钢管桁架结构施工顺序优选分析

以兰州大学体育馆实际工程为背景,采用有限元软件Midas Gen对大跨度钢管桁架结构施工过程进行分析.通过对吊装过程中钢管桁架各杆的轴力和应力进行验算,验证吊装过程的安全性.首先提出从左至右、从中间至两边和从两边至中间的3种吊装施工顺序,然后针对这3种安装顺序,分别对6～17轴施工阶段结构挠度和结构应力进行分析,最后对3种安装顺序对主桁架造成的位移和应力影响进行对比.结果表明,采用从两边至中间的施工方法可以有效抵消由桁架自重引起的几何积累效应,同时配合主桁架预起拱技术,使得整个桁架结构安装达到最佳状态.     

MR阻尼器智能基础隔震系统数值模拟研究(Ⅱ)

针对铅芯橡胶垫作为一种被动控制装置,存在最优控制范围窄的局限性,将磁流变阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了结构在不同地震波、不同地震力作用下铅芯橡胶隔震垫隔震和MR智能隔震下的反应.计算结果表明:MR智能基础隔震可以对宽频域不同大小的地震激励提供最优控制.     

基于SMA复合橡胶支座的桥梁隔震

针对结构减震、隔震问题,提出了一种基于SMA复合橡胶支座的智能隔震系统,应用SMA复合橡胶支座对一受代表3种场地频率地震波激励的多跨简支桥的标准跨桥梁进行了时程分析,并与应用普通橡胶支座的桥梁进行了减震、隔震效果的比较．结果表明,应用SMA复合橡胶支座隔震,不仅能取得更为显著的减震、隔震效果,而且能使地震后隔震桥梁的梁体得以复位,从而验证了SMA复合橡胶支座在桥梁隔震中的有效性、智能性和自恢复能力．     

铅芯橡胶减震支座的非线性动力性态研究

利用慢变参数、时程分析和能量分析方法,探讨了铅芯橡胶减震支座（ＬＲＢ） 的非线性动力性态．结果表明,ＬＲＢ 具有强非线性特性,采用ＬＲＢ 能有效地降低系统的谐振峰值,但将增加系统的高阶振型．ＬＲＢ的合理配置,可减少系统地震能量的输入,这是ＬＲＢ减震的主要原因     

罕遇地震下大跨隔震结构随机地震响应

为研究大跨隔震结构在多维多点地震输入下的复杂性态,首先人工合成了同时考虑地震动场空间相关性和非平稳特性的多维多点随机加速度时程,然后采用绝对位移输入法计算多维多点和多维一致激励下大跨隔震网架结构地震反应,最后以结构跨度、视波速为主要变量系统地研究两种地震动输入模式下大跨隔震结构网架屋盖水平向和竖向地震反应的差异。结果表明:大跨隔震结构多点输入效应随着视波速的增大逐渐减弱,当视波速达到500 m/s之后可忽略,即得到"界限视波速";多点输入效应随着跨度的增大而增强,得到可以忽略和必须考虑多点输入效应的"界限跨度"分别为60 m和120 m;水平变形隔震效果随着结构跨度的增大呈现出整体变好的趋势,没有明显的竖向隔震效果;大跨隔震结构网架屋盖周边支座附近响应较大,易出现隔震后响应较大的情况,在工程设计时应予以需要加强。     

预制钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能研究

将型钢桁架代替普通钢筋配置在钢筋混凝土剪力墙中形成钢桁架混凝土组合剪力墙,该剪力墙便于预制和安装,适合用于装配式建筑。采用ABAQUS有限元分析建立了钢骨混凝土剪力墙的抗震分析模型,利用试验数据进行了验证。进而使用该模型研究了钢桁架混凝土组合剪力墙的抗震性能,对5个不同设计参数的钢桁架混凝土剪力墙进行了往复加载模拟,研究轴压比和型钢含钢率对其滞回性能、变形能力、刚度退化以及耗能能力的影响。结果表明:轴压比增大对于钢桁架混凝土组合剪力墙的变形能力和耗能能力均不利;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对剪力墙耗能能力的提高明显,对承载能力提高较小。