箱形深基础对高层建筑抗震性能的影响分析

文章利用通用有限元软件ANSYS分析了箱形深基础对高层建筑抗震性能的影响。首先,建立2种模型,即刚性地基假定下的上部结构模型和考虑动力相互作用的上部结构-箱基-地基整体模型;然后进行静态分析,验证有限元模型的合理性;最后输入El-Centro波、Kobe波和上海人工波作为激励,分别对模型进行时程分析,定量探讨2种模型的层间位移、顶层加速度以及基底剪力的区别。结果表明:箱形深基础的存在,使得高层建筑在不同地震激励下的薄弱层位置有所改变,大致会上升1~2层,且变形有所加剧;高层建筑在考虑箱形深基础时,其地震中顶点加速度的放大倍数有所增加;刚性地基假定下高层建筑的抗震设计整体上偏于保守,局部又不安全,考虑地基-箱形基础-上部结构的动力相互作用更符合实际情况。分析结果为实例工程的后续抗震优化设计提供了重要的理论依据,同时对上部结构-基础-地基整个结构体系动力相互作用的研究具有一定的参考意义。     

钢框架-带缝钢板剪力墙结构的地震响应

为确定钢框架-带缝钢板剪力墙在8度多遇和罕遇地震作用下的抗震性能,利用ADINA有限元软件,建立受荷条件相同的10层钢框架和10层钢框架-带缝钢板剪力墙模型,运用非线性分析方法对其在EL-Centro波、Taft波及人工波作用下的地震响应进行模拟分析。结果表明:震害不仅与地震波加速度峰值、持续时间有关,还与地震波波形有关;同种地震作用下,钢框架-带缝钢板剪力墙的薄弱层部位比钢框架的高,但同种结构在多遇和罕遇地震作用下的薄弱层部位大致相同;两种结构在8度地震作用下均未发生倒塌,且在同种地震波作用下钢框架-带缝钢板剪力墙的层间位移角小于钢框架,证明钢框架-带缝钢板剪力墙具有良好的抗震性能。     

某超限框架结构厂房动力弹塑性分析及改进

采用SAUSAGE软件对某超限钢筋混凝土框架结构工业厂房进行罕遇地震下的动力弹塑性分析,研究结构在罕遇地震作用下的层间位移、基底剪力、楼层剪力、倾覆力矩以及构件损伤。分析结果表明:该结构在罕遇地震作用下层间位移角超限,框架柱进入比较严重损坏状态,不能满足"大震不倒"的抗震性能目标。在有限元数值分析模型中,采取在工业厂房两端和错层等薄弱部位增设钢支撑等措施对结构进行改进,并进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。对比两次分析结果可以看出,改进后结构顶层最大位移减小48. 56%,最大层间位移角减小28.99%,框架柱由比较严重损坏状态减轻至中度损坏状态,实现建筑物在大震作用下不至于倒塌的目标。     

普光天然气管道悬索桥地震时程反应研究

为研究普光天然气管道悬索桥动力性能,完成了在天津波作用下的单向和三向一致激励地震时程反应计算。结果表明,在横向地震波激励下,普光天然气管道悬索桥的地震响应主要表现为桥身的横漂和桥塔的横桥向振动,顺桥向和竖向振动效应很小。在顺桥向地震波激励下,悬索桥的各个部位的位移和应力都明显比横桥向地震波激励下的位移小。在竖向地震波激励下,悬索桥的地震响应主要表现为桥身和桥塔的竖向振动,顺桥向和横桥向振动效应很小。对于桥身结构,横桥向的地震波所产生的震害最大,其次为竖向的地震波,顺桥向的地震波所产生的震害最小。对于主塔结构,顺桥向地震波激励下其位移时程曲线波动最大,但顺桥向地震波激励下的主塔应力时程曲线低于横桥向的地震波激励下的应力时程曲线。     

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.     

竖向地震作用下预制装配式混凝土斗拱动力响应分析

为了揭示预制装配式混凝土斗拱在地震作用下的薄弱部位,采用有限元软件ABAQUS对预制装配式混凝土斗拱施加了单向及双向地震波,得到了结构的动力响应.分析了斗拱关键部位加速度及位移动力响应,比较了加速度放大系数及位移放大系数,提出了预制装配式混凝土斗拱在单向和双向地震波作用下地震响应差异,得到了预制装配式混凝土斗拱的薄弱部...     

候车室、候车厅、钟楼弹塑性地震反应分析

本文用时程分析法直接输入地震波,构件恢复力特性采用Clough=析线退化型模型,结构分析模型采用层间模型,对火车站侯车室、侯车厅、钟楼进行弹塑性地震反应分析。得出了这些结构在8度和9度地震作用下薄弱层的位置、层最大地震剪力、各层弹塑性最大层间相对位移和顶点最大位移。为这些结构在常遇地震和罕遇地震作用下的抗震能力的鉴定提供了依据。     

罕遇地震下薄壁带肋箱型钢桥墩抗震性能试验

为研究薄壁带肋箱型截面钢桥墩在罕遇地震作用下的非线性抗震性能,通过MTS伺服加载系统进行了3根试件的拟动力试验。试验采用了日本阪神地震中不同场地类型下的地震动时程(JMA波、JRT波、PKB波),得到了不同工况下试件的位移时程曲线、荷载—位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。试验结果表明:对于文中所采用的薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,罕遇地震作用下3个试件的塑性铰位置均出现在底部,且均未出现剪切破坏现象;3根试件所对应的地震波输入工况中,JMA波作用下试件的损伤程度和位移响应均为三者中最小,PKB波作用下试件的损伤程度和位移响应最大,JRT波作用下试件的累积滞回耗能最大;试件的最大位移响应与输入地震波的峰值加速度大小并非绝对相关,还与地震波的输入能量、反应谱的特征周期等其他特征有关。     

钢管混凝土框架结构模拟地震振动台试验

按1:10缩比设计制作了一榀钢管混凝土柱-H钢梁框架结构模型,并进行了模拟地震振动台试验.测试了模型结构动力特性及在El-Centro波、天津波(N-S)和武汉人工波激励下的地震反应.根据模型加速度、位移和应变反应,按相似关系反推原型结构在各种地震波作用下的地震反应,得到原型结构顶层屋面最大位移和层间位移值,进而得到结构弹性总位移角值和层间位移角值.试验及分析结果表明:模型结构最大位移为3.84 mm、加速度放大系数为3.35;模型结构前3阶频率分别为9.51、10.91和17.75 Hz,对应原型结构前3阶周期分别为1.05、0.92、0.56 s,其整体平扭与平动周期比为0.53(Y向)和0.61(X向);原型结构在8.5度多遇地震时整体处于弹性状态,最大弹性总位移角值和层间位移角值分别为1/750和1/318,未超过现行规范限值要求.     

考虑地裂缝影响的连体结构地震动力响应分析

西安火车站东配楼为不规则连体结构，其质量与刚度分布差异较大，地震作用下的平扭耦合效应显著，不利于结构抗震，为研究地震作用下f₃地裂缝对该连体结构动力响应的影响，本文采用ABAQUS有限元软件分别建立了f₃地裂缝场地与无地裂缝场地的土体-结构耦合模型，对比分析了地震作用下结构的位移、加速度及扭转等响应。结果表明：地裂缝增强了地震的激励作用和连体结构的动力响应，由于大区各柱脚距地裂缝距离均不相同，因此大区的扭转响应显著提升，增幅达到了191.61%;在弹性与弹塑性阶段，连体结构的最大层间位移角分别为1/580和1/51,满足相关规范要求；大、小三角区的位移及加速度大致相同，表现出较强的平动耦联效应；而大跨桁架连廊采用滑动支座能有效释放连体结构的相对位移，并降低强震作用下大区与小三角区的扭转耦联效应；连体结构的薄弱层为1、2层，应进一步提升结构刚度。     

地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道纵向动力响应分析

为研究地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道系统的动力响应,以11×32 m简支梁桥为例,基于有限元法和梁-轨-板相互作用原理,建立了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,分析了不同地震波及地震动强度对系统受力变形的影响.研究结果表明：与El-Centro波相比,天津宁河波对系统动力响应有显著的增强效应,钢轨应力曲线均关于跨中呈反对称分布,最大拉压应力为206.5 MPa;各层间构件受力变形曲线均关于桥梁纵向呈轴对称分布,钢轨位移线形平滑,在中跨桥右侧1/3处达到最大,为100.6 mm;轨道板、自密实混凝土层、底座板位移随桥跨数的增加呈阶梯增减变化,最大值出现于第6跨桥,轨板相对位移在最右侧梁缝处达到最大,各结构的纵向力较小;随着地震动强度的提高,系统受力变形显著增加;与设计地震相比,罕遇地震下轨板相对位移最大值增加了146.9%,可达85.5 mm,极易导致轨下胶垫窜出引发扣件失效;左侧桥台与相邻固定支座墩顶最大位移差值显著,为96.6 mm,增加了落梁风险;对于地震区桥上无缝线路,需加强对薄弱位置处轨板相对位移以及相邻墩/台顶位移的关注.     

底层大空间高位转换高层建筑振动台试验研究

通过对一座底层大空间、采用高位厚板转换层的框支剪力墙高层建筑的模拟地震振动台试验,分析研究了该结构的抗震性能.按1:30 缩比设计制作了底层大空间高层建筑模型,测试了模型结构的动力特性及在1个场地波和2个天然波激励下的地震反应特征.试验及分析结果表明:该结构的抗震性能基本满足现行规范的要求;结构的转换层、剪力墙厚度发生变化及钢管混凝土柱转变为混凝土柱的36层附近是抗震薄弱部位,在抗震设计中应该予以加强.     

基于单振动台的桥梁非一致激励试验

为研究桥梁在非一致激励作用下的动力响应,设计并制作了一座缩尺比例为1/20的连续梁桥,对其进行非一致激励输入的地震模拟振动台试验.通过对单个小振动台设置延伸台面、改变台面输入激励等方式进行振动台设备改进,选取了适宜Ⅱ类场地的El-Centro波、Taft波等地震波,分析了不同地震烈度下桥梁的宏观破坏形式和主要部位的位移时程曲线.试验结果表明:随着输入地震烈度的增大,桥梁的损伤也随之增大;改进后振动台原台面、延伸台面的地震激励输入差异较明显.由此可知,采用改进后的振动台设备可进行大跨度桥梁结构的非一致地震激励振动台试验,得到桥梁结构在地震作用下的动力响应.     

钢管拱桁架在地震作用下的动力响应研究

研究了单榀钢管空间拱桁架在地震荷载作用下的动力响应。采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序,探讨了该结构在竖向输入El-centro地震波作用下的动力响应,以及在各级地震荷载作用下,如何计算拱桁架的动力响应。指出结构的位移和内力响应随地震加速度峰值的增加呈非线性变化;支座附近的杆件塑性应变响应最大,发展最快,首先达到材料的极限应变而退出工作;在地震响应中,该结构支座附近的杆件是最薄弱的部位。     

地铁区间隧道三维地震反应分析

针对地铁区间隧道结构,基于粘弹性人工边界单元,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁区间隧道的三维有限元计算模型,研究地铁区间隧道衬砌结构和车站结构的地震响应及影响因素.分析区间隧道在不同地震波作用下的地震反应,比较SV及P波方式传播的影响,对比分析区间隧道衬砌结构在不同衬砌厚度、采用不同衬砌材料情况下衬砌结构的地震反应.明确了在地震作用下区间隧道容易遭受破坏的一些薄弱部位,设计时应重视这些薄弱部位的抗震设计,对薄弱部位进行加强.总结了一些区间隧道的地震响应规律,对区间隧道的抗震设计具有参考意义.     

环形剪切软钢阻尼器在受控结构中的位置优化

为了探究环形剪切软钢阻尼器在受控结构中的位置优化,提出了结构阻尼器减震率灵敏度的概念,在MATLAB中以3种地震波作用下的混凝土框架结构为研究对象,计算结构在水平地震加速度激励下的位移时程响应,得出了每层结构对阻尼器的减震率灵敏度,以层间位移角不超限为优化目标,通过撤去减震率贡献较低楼层的阻尼器实现对阻尼器的位置优化,同时在相同条件下使用逐层布置法对受控结构进行环形剪切软钢阻尼器的位置优化。结果表明,文中优化效果与逐层布置法一致,证明了此方法的可行性,优化后结构各项位移均有明显的降低,其中最大层间位移角降低了72%,El-Centro波下的结构顶层52号节点位移降低了70.81%,Taft波下的优化布置方法明显优于逐层布置法。     

基础隔震框架结构动力时程分析的精细积分法

为了求得基础隔震框架结构抗震性能的高精度数值解,基于层剪切模型建立了结构的动力方程。引入对偶变量,导出动力时程分析的哈密顿正则方程,应用初值问题的精细积分法求得数值解;最后应用MATLAB语言编制程序对一应用橡胶垫基础的6层框架结构进行多遇地震作用下的动力时程分析。计算结果表明,在相同的地震波作用下,相对于传统抗震结构,基础隔震结构的层间位移减少了60%,速度和加速度减少了30%,顶层最大位移减少了15%。由此可见,基础隔震结构具有优良的抗震性能。该方法是求解基础隔震框架结构动力时程分析的新方法,计算数据精度高、可靠性好。     

远场类谐和地震动作用下高层建筑新型组合隔震的减震性能研究

远场类谐和地震动包含丰富的低频成份,且在长持时的振动阶段的后期产生多个循环的脉冲,其可能对传统高层隔震结构产生类共振作用,导致铅芯橡胶隔震支座发生超限变形,上部结构倾覆失稳.提出弹性滑板支座、复位装置(LRB)与黏滞阻尼器组合而成的新型组合隔震系统,利用弹性滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置(LRB)因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用、黏滞阻尼器对隔震层的过大变形进行控制.探讨地震波中的长周期成份,尤其是类谐和成份对传统基础隔震结构与新型组合基础隔震结构层间位移角、楼层加速度、隔震层变形与结构塑性铰分布等地震响应的影响.结果表明:远场类谐和地震动罕遇地震下传统铅芯橡胶基础隔震结构的层间位移角与楼层加速度相比抗震结构明显放大,且远场类谐和地震动设防烈度下其隔震支座就已超限变形;新型组合基础隔震结构有效地控制地震动下上部结构地震响应放大效应与隔震支座的超限变形,减小了结构塑性损伤,保证了隔震体系的有效性.     

截面受损条件下钢框架结构的动力稳定性研究

对钢框架结构在截面受损情况下进行动力稳定性分析,建立截面不同受损伤状态下的钢框架有限元分析模型,分析在不同幅值的地震波作用下结构的最大水平位移。根据第二类动力稳定性理论,得出结构发生动力失稳时的临界地震荷载,并与未受损情况比较,得出底层柱腹板、翼缘处受损将使结构更容易发生动力失稳的结论。     

双向地震影响下抗震和减震结构变形的比较

为比较在同时考虑两个水平方向地震影响的情况下,多层框架抗震结构和橡胶垫减震结构变形的区别,采用空间杆系模型在弹塑性范围内对结构进行了动力分析·介绍了进行动力分析的方法,计算了两种结构在地震波作用下各层的层间位移等地震反应·从动力反应的比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了结构的动力特性,从而使整个上部结构的地震反应大大降低;在同时考虑两个水平方向地震作用时更能体现出减震结构相对抗震结构的优越性·