并联隔震体系地震总输入能量的影响因素分析

采用双线性滞回模型,对并联基础隔震体系进行了单质点的弹塑性能量反应谱分析,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,探讨了地震总输入能量受各种因素影响的变化规律.研究表明,并联基础隔震体系的地震总输入能量谱曲线受地震动特性及其自身的自振周期的影响较大,地面加速度峰值越大,地震波的卓越周期越大,地震波的持时越长,输入结构的总输入能也越大.总输入能量对屈服剪力系数、第二刚度系数、摩擦系数和阻尼比的敏感性不是很突出,在较长的周期范围内,摩擦系数的增大和阻尼比的增加,都使地震动总输入能量有略微增大的趋势.     

脉冲型地震动模拟与隔震桥墩性能的能量分析

用改进的三角函数方法来模拟近断层地震地面激励,对非线性隔震桥梁单墩模型进行了地震响应和能量分析.通过对波形、脉冲周期和峰值速度等地震动参数的调整来表征不同的脉冲效应,在前向、前后向和多环3种不同的脉冲渡作用下,隔震桥墩反应规律类似,以第3种冲击形式结构的响应值最大、输入结构的地震动能量最多.脉冲周期是决定地震动破坏能力的重要参数,通过定义累积滞回耗能比和瞬时耗散能量比,表明隔震支座有效耗能能力在短周期脉冲作用下较小,在长周期部分趋于稳定,而在中短周期部分单纯依靠隔震支座耗能不足以有效降低地震危害.通过引入瞬时输入能量概念,表明瞬时地震输入能量和结构地震响应密切相关,用瞬时输入能量来表征地震动强度是合适的指标.     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性(EPP)、双线性(BL)和刚度退化(SD)滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

地震三要素对拱桥能量响应的影响

运用能量方法分析了不同地面运动作用下地震三要素(幅值、持时、频谱特征)对拱桥总输入能量、阻尼耗能、滞回耗能总量分配比例的影响.研究结果表明:拱桥结构的总输入能、滞回耗能和阻尼耗能随地震动幅值的增大而增加,尤其是滞回耗能增长更快;拱桥的总输入能,滞回耗能和阻尼耗能随着地震反应持时的增加而增加,且呈线性变化趋势,但阻尼耗能较之总输入能和滞回耗能增速较小;相同加速度峰值条件下,输入频率集中且震荡幅值较大的地震波,地震输入能、滞回耗能、阻尼耗能相应较大.     

某门诊楼隔震结构设计与分析

文章对一幢医院门诊楼进行基础隔震设计,为了讨论隔震技术对结构动力特性的影响,采用SAP2000建立了隔震与非隔震2种结构模型,并对其进行了弹塑性分析。结果表明:隔震结构能够延长结构的自振周期,减小结构的层间位移角和层间剪力;隔震结构通过支座的较大变形来耗散输入的地震能量,使得上部结构塑性铰发展缓慢;隔震支座的滞回曲线较饱满,起到了不错的耗能效果;在罕遇地震作用下,隔震支座的位移与压应力限值均能满足现行规范要求。     

基于能量抗震设计地震动强度指标研究

文章选择694条不同场地类型的地震动记录作为地震动输入,计算了弹性和弹塑性单自由度体系和6个不同自振周期的多自由度结构能量反应;提出表征地震动输入能量特征的强度指标Ie,对该指标和14个已有强度指标与结构能量反应的相关性进行了分析。结果表明:与速度有关的强度指标和结构能量反应之间具有较高的相关性;对于不同周期结构,强度指标Ie与结构能量反应之间均具有较好的相关性,可以作为较合理的地震动强度指标用于基于能量抗震设计方法。     

考虑支撑加固的框架结构远场长周期地震响应分析

为了研究不同地震作用下、不同自振周期以及支撑加固下结构的地震反应变化规律,选取3条常规地震动和3条远场类谐和长周期地震动,先对其进行反应谱特性分析,然后通过希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform)得到各条地震动的Hilbert能量谱,进而得到Hilbert能量谱用于比较分析不同地震动的能量特性。在此基础上,使用SAP2000建立3层和20层框架结构及其支撑加固结构的有限元模型并对其进行地震动作用下的弹性时程分析。结果表明:长自振周期的结构在远场长周期地震动作用下的地震响应远远大于常规地震动作用下结果,并且长自振周期结构的地震反应相比短自振周期结构更为明显;支撑加固对短自振周期结构的加固效果非常显著,而对长自振周期结构的加固效果不明显,且使得结构最大层间位移角所在楼层上移,引起结构中上部楼层存在安全隐患。     

强震地面运动频谱特性对RC桥墩结构非线性地震反应的影响

采用弹塑性纤维梁柱单元建立具有不同基本周期的钢筋混凝土桥墩(即短周期、中等周期和长周期的单自由度体系)结构计算模型.采用实际地震波和匹配同一反应谱的人工波,通过IDA分析,对比强震地面运动的频谱特性与桥墩结构非线性地震反应的相关性表明:随着地面运动强度的增加以及桥墩结构非线性程度的提高,频谱特性特别是反应谱的谱形对于不同动力特性的桥墩结构非线性地震反应的影响日益显著.在动力分析中,应该根据谱形选择输入地面运动,而不是完全根据震级M、距离R等来选择.     

Northridge与ChiChi地震滞回耗能谱的比较

按场地类别和强震持时将水平向302条美国Northridge地震记录和339条台湾ChiChi地震记录的峰值进行规一化处理,分别采用双线型、半退化三线型和退化三线型3种恢复力模型,对单自由度(SDOF)体系进行弹塑性时程分析,研究结构动力特性和地震动参数对平均滞回耗能谱的影响.结果表明,平均滞回耗能值强烈地依赖于场地条件、强震持时和阻尼比等因素,恢复力模型和屈服强度系数对滞回耗能值的影响较小;滞回耗能值随强震持时的增长而增大,随场地特征周期的增长而增大,随阻尼比的增大而减小.Northridge地震和ChiChi地震的滞回耗能谱的形态和变化趋势相类似,峰值相差较小,由此提出了滞回耗能谱简化计算公式,并回归分析得到相关系数.     

基于周期的结构整体地震损伤评价方法

基于等效线性方法,分析地震作用下结构进入弹塑性阶段后的不同自振周期简化计算方法,并建立结构刚度与周期的关系.在Ghobarah整体损伤评价模型的基础上,推导新的结构整体损伤指数计算式,并采用4根破坏性试验柱和两榀框架的数据,对表达式进行验证分析.结果表明:该表达式是合理、正确的,可应用于地震作用下结构的整体损伤评价.     

高层简体结构地震动输入能的计算

通过理论推导,获得了线性多自由度体系输入能与其等效单自由度体系输入能之间的关系,并以高层框架筒体结构为对象,研究了线性多自由度体系输入能的简化计算方法,以及非线性多自由度体系输入能与线性多自由度体系输入能之间的差异,探讨了地震波以及结构特征对这一差异的影响.研究表明,对于筒体结构而言,采用前3阶等效单自由度输入能之和即能对结构的弹性输入能作比较准确的估计.对于周期小于1 s的短周期结构,塑性的发展所导致的周期变大将使得输入能趋于增加;而对于周期较长的高层结构,塑性的发展与自振周期的变大会使得输入能趋向于降低.     

覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响研究

选取汶川8.0级地震中陕西省6个台站的东西向地震动加速度记录,通过HHT计算了各条地震动和其IMF分量的Hilbert能量和输入能量,对比分析了覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响。结果表明：随着覆盖层厚度的增加,地震动的HE峰值、输入能量和Hilbert能量平均周期T_mE逐渐增加,当覆盖层厚度大于400m时,地震动能量主要分布在低频区域,具有显著的长周期特性;当覆盖层厚度为0或很小时,地震动能量主要集中在前2-3阶IMF分量中,多个IMF分量的HE峰值较大,卓越IMF分量对结构的影响较小;随着覆盖层厚度的增加,地震动能量主要集中在高阶IMF分量中,仅1-2个IMF分量的HE峰值较大,其余分量均很小,卓越IMF分量的平均周期T_mE和原始地震动十分接近,对结构的破坏起主导作用,应重点研究。     

基础隔震结构能量反应分析

对铅芯橡胶支座基础隔震结构进行了能量反应分析,研究了地震波峰值、基础隔震结构基本周期对结构总输入能量的影响,并对结构进行了耗能分析,表明随着地震波峰值的增大,结构的总输入能量增大,随着基础隔震结构基本周期的增大,结构的总输入能量减小;基础隔震结构总输入能量的85%左右被隔震系统耗散,使上部结构得到有效保护.     

拟合多维能量反应谱及峰值速度的地震动调整方法

基于小波变换原理提出了一种以设计用多维能量反应谱及峰值速度为目标的实测地震动调整方法.该方法首先依据多维能量反应谱与伪加速度谱之间的近似转换关系,在时域内叠加小波函数实现对实测地震动记录的初步调整,保留原始地震动的强度、频率非平稳特性;再应用二阶基数B-样条小波函数模拟上述调整后的多维地震动场,通过循环调整拟合精度较低频段的小波系数和对峰值速度贡献最大的小波分量,实现对设计用能量反应谱及各向峰值速度的同时拟合.算例分析结果表明,该方法具有较高的拟合精度,对初始地震动的能量分布改变较小,为建筑结构基于能量平衡设计时的多维动力反应分析提供了一种新的地震波合成方法.     

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。     

近断层长周期地震动前向性效应对峰值影响研究

筛选了断层距不大于15km的具有前向性效应的长周期近断层地震记录,分类汇总建立了统计分析数据样本库,对长周期地震动的竖向分量和水平向分量峰值比进行了分析,研究了震级、脉冲周期、不同分量对峰值加速度比的影响。在此基础上,采用前期建立的回归分析模型,对长周期地震动竖向分量和水平向两分量的峰值加速度进行了回归分析,拟合给出了峰值参数与震级和断层距的衰减关系式,通过拟合曲线与数据样本的峰值实测值对比,说明拟合关系式在一定的范围内可以用于近断层长周期地震峰值的预测。     

近断层地区抗震设计谱研究

预测近断层地区的抗震设计谱可以为该地区工程结构的抗震设计提供依据.通过对28条具有明显方向性效应特征的近断层地震动峰值速度、速度脉冲周期的统计分析,给出了估计近断层方向性效应脉冲地震动峰值速度和脉冲周期的经验关系式.对2种场地上脉冲地震动ATv/V的研究表明,岩石场地上的ATv/V值明显大于土层场地的ATv/V.基于近断层地震动的这一特征,建议了岩石和土层场地的等效脉冲地震动模型.基于脉冲地震动参数的经验关系式和简单的脉冲地震动模型给出了近断层地区岩石和土层场地上考虑方向性效应影响的设计谱.与规范设计谱的比较结果表明,我国设计谱的取值偏低,尚需考虑近断层脉冲型地震动的影响.     

Evaluation of earthquake-induced structural damages by wavelet transform

The dynamic behavior of inelastic structures during an earthquake is a complicated non-stationary process that is affected by the random characteristics of seismic ground motions. The conventional Fourier analysis describes the feature of a dynamic process by decomposing the signal into infinitely long sine and cosine series, which loses all time-located information. However, both time and frequency localizations are necessary for the analysis of an evolutionary spectrum of non-stationary processes. In this paper, an analytical approach for seismic ground motions is developed by applying the wavelet transform, which focuses on the energy input to the structure. The procedure of identification of the instantaneous modal parameters based on the continuous wavelet transform (CWT) is given in detail. And then, a novel method using the auto-regressive moving average (ARMA), called "prediction extension”, is presented to remedy the edge effect during the numerical computation of the CWT. The effectiveness of the method is verified by the use of the benchmark model developed by the American Society of Civil Engineers (ASCE). Finally, a scale model with three-storey reinforced concrete frame-share wall structure is made and tested on a shaking table to investigate the relation between the dynamic properties of structures and energy accumulation and its change rates during the earthquake. The results have shown that the wavelet transform is able to provide a deep insight into the identity of transient signals through time-frequency maps of the time variant spectral decomposition.     

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.