基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明：振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。     

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响.从汶川M8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录,根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整,使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致,以此作为结构地震反应分析的地震动输入.选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构,建立有限元分析模型,分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布.研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异,且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言,非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大.随着结构自振周期的增加,高阶振型的影响更加明显.与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大.速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型,产生较大的层间位移反应.非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此,在开展近断层结构地震影响评价时,应考虑近断层速度脉冲的影响.     

汶川地震近断层地震动作用下 结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响. 从汶川M_S8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录, 根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整, 使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致, 以此作为结构地震反应分析的地震动输入. 选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构, 建立有限元分析模型, 分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布. 研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异, 且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言, 非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大. 随着结构自振周期的增加, 高阶振型的影响更加明显. 与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大. 速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型, 产生较大的层间位移反应. 非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此, 在开展近断层结构地震影响评价时, 应考虑近断层速度脉冲的影响.      

中强震下砌体结构损伤检测方法研究

当前地震记录法检测中强震下砌体结构损伤时,基于已知砌体结构地震动记录实施损伤检测存在较高的局限性。提出新的中强震下砌体结构损伤检测方法,利用DASP动态测试分析仪和891型的压电式位移传感器,检测拟静力试验后的砌体结构模型,采用参数互补校正方法得到受损砌体结构的自振频率和振型检测,通过有限元分析获取砌体结构位移,依据频率和位移采用信号匹配方法检测砌体结构损伤情况,根据墙体刚度变化检测中强震下砌体结构的损伤程度。实验证明所提方法可对中强震下砌体结构损伤情况进行准确检测。     

基于地震观测数据的结构损伤水平表征参数研究

为了能在震后更好地利用测得的结构动力响应参数快速对结构损伤程度进行评估,文中挑选了最大层间位移角、自振频率相对改变量和顶层加速度放大系数3个参数,分析结构损伤指数与3个参数之间的相关性,并且提出了一种组合结构体系参数.结果表明,结构损伤指数与最大层间位移角的相关性为高度相关,与自振频率相对改变量和顶层加速度放大系数的相...     

基于曲率模态曲线的结构损伤识别方法

采用曲率模态对简支梁的单处和多处损伤进行了识别研究。首先用ANSYS有限元程序建立模型,并计算得到了位移模态振型;针对噪声下具有不同损伤状况的结构,进行了曲率模态分析,通过曲率模态曲线的畸变定位损伤位置,然后利用最小二乘拟合法计算了损伤处的有效面积,并估计了其损伤程度。数值分析表明:曲率模态对结构的损伤较敏感,它无需原始结构的模态参数,仅需低阶模态信息便可准确方便的识别结构的损伤位置,识别过程中在引入随机误差情况下各指标识别效果的比较结果表明,所提方法能有效估计损伤程度,可为今后结构损伤识别提供参考。     

北京市防震减灾中心结构地震反应观测及振动特性识别

以北京市防震减灾中心结构为例,进行了结构的地震反应观测及振动特性识别研究。基于半功率带宽法对结构脉动测试数据进行了分析,计算出了结构自振周期和振型以及相应的阻尼比。各振型都具有较大幅值的楼层分别位于3、6和8层,据此设计并建成了结构地震反应观测台阵。分析台阵地震记录识别出了结构的自振特性,同时功率谱曲线显示,井下数据存在高频特性,初步判定其来自钢套管振动。开展结构的数值模拟分析,利用观测楼层上地震记录的卓越频率不断修正结构数值模型,直至结构反应与地震记录的频率值相符,且与脉动测试数据基本一致,相对位移对比分析发现,在该模型基础上相对位移反应与相对位移记录基本吻合。结构地震反应观测和数值模拟分析较好地实现了结构地震反应观测台阵的观测目的。     

单围柱重檐攒尖木结构动力特性试验及地震响应分析

为研究单围柱重檐攒尖木结构的动力特性及地震响应,以西安兴庆宫五龙坛木结构建筑为例,对其进行原位动力试验,采用峰值拾取法与随机子空间法,分析了结构的前6阶自振频率、空间振型及阻尼比。考虑单围柱、榫卯连接、斗栱铺作、抹角梁架空间构造的特征,建立了单围柱重檐攒尖木结构有限元分析模型,计算得到结构的前6阶频率、振型及五龙坛原位试验结果吻合较好。结果表明：单围柱重檐攒尖木结构一阶自振频率在1.924～1.975 Hz之间,二阶自振频率在2.146～2.15 Hz之间,一、二阶振型分别为南北平动与东西平动;三阶自振频率在2.775～2.841 Hz之间,振型为扭转振动。输入不同幅值的El Centro波、Taft波及兰州波地震激励,在罕遇地震作用下底层最大层间位移角为1/83,童柱层最大层间位移角为1/87。     

多室连续曲线箱梁剪滞效应地震反应分析

采用三维有限元数值仿真技术对曲线箱梁进行模态分析和地震动作用下时程分析以探讨多室连续曲线箱梁自振特性和剪力滞效应。分别建立单箱单室和单箱双室多跨连续梁空间板壳有限元模型,研究箱室数和曲率角对曲线箱梁自振频率的影响,在此基础上,对单箱双室连续曲线箱梁输入天津波以分析剪滞系数沿纵、横向分布规律。结果表明:箱室数和曲率角对自振频率影响较大,前5阶自振频率随着箱室数增加在增大,随着曲率角增加,自振频率一直在减小,且不同模型的结构前3阶振型特征各不相同;受地震动激励,多室箱梁翼板剪力滞效应显著,沿横向,剪滞系数在顶板与腹板交界处形成峰值,剪滞系数高达2.505,沿纵向,中间支座截面剪力滞效应较跨中截面严重;通过定义宽径比为主要变量,采用最小二乘法对剪滞系数进行回归分析,提出计算剪滞系数峰值的经验公式,与有限元误差不足2%,满足精度要求;     

基于SDOF体系和高层结构的地震动强度指标研究

合理的地震动强度指标是预测和评价结构抗震响应的重要基础。选取24个周期点的单自由度体系和一个高层框架核心筒长周期结构,基于不同震源机制的100条地震动记录时程分析结果,研究16种地震动强度指标与结构地震响应的相关性,并提出考虑高阶振型影响的改进反应谱相关型地震动强度指标。研究表明：（1）不同地震动强度指标与结构地震响应的相关性差别较大,随着单自由度体系自振周期的增大,地震动强度指标与单自由度体系地震响应的相关性大致呈减小的趋势;（2）对于高层长周期结构,综合对比分析各地震动强度指标分别与顶点最大位移、最大基底剪力、最大层间位移的相关性,从工程实用角度出发,推荐地面运动峰值速度为最佳地震动强度指标;（3）由于高层长周期结构受高阶振型影响显著,采用含有高阶振型因素的反应谱强度指标可提高与结构地震响应的相关性。     

Dynamic characteristics and seismic behavior of prefabricated steel stairs in a full‐scale five‐story building shake table test program

This paper investigates the dynamic characteristics and seismic behavior of prefabricated steel stairs in a full‐scale five‐story building shake table test program. The test building was subjected to a suite of earthquake input motions and low‐amplitude white noise base excitations first, while the building was isolated at its base, and subsequently while it was fixed to the shake table platen. This paper presents the modal characteristics of the stairs identified using the data recorded from white noise base excitation tests as well as the physical and measured responses of the stairs from the earthquake tests. The observed damage to the stairs is categorized into three distinct damage states and is correlated with the interstory drift demands of the building. These shake table tests highlight the seismic vulnerability of modern designed stair systems and in particular identifies as a key research need the importance of improving the deformability of flight‐to‐building connections. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

强震下钢筋混凝土框架和砖混结构的动力响应分析——以云南漾濞6.4级地震为例

以2021年5月21日云南漾濞6.4级地震所获取的漾濞台强震动记录作为输入,对不同高度(低层、多层和高层)钢筋混凝土框架结构以及一低层砖混结构进行动力时程分析,探讨不同高度钢筋混凝土框架结构动力响应特点,对比砖混结构与低层框架结构地震响应的不同,并对结构进行性能评定.主要分析结果表明,所有结构的楼层加速度响应中,竖向加速度放大效应显著,尤其是低层框架;框架结构Y方向楼层傅里叶幅值谱峰值主要在1~2.5 Hz频率范围;多层框架的层间位移角响应更大;所有框架结构以及设防的砖混结构层间位移角均未超过中等破坏限值;与低层框架结构相比,基本周期更短的砖混结构水平向楼层加速度放大效应更为显著;设防的砖混结构具有良好的抗震性能.分析结果可为灾区震害评估和震后修复提供指导,同时为建筑结构抗震设计提供一定参考.     

On the performance of SCF in seismic isolation of the interior equipment of buildings

The dynamic response of equipment mounted on an isolated raised floor inside a building while the primary fixed base structure is subjected to harmonic and earthquake ground motions is numerically investigated. Sliding concave foundation (SCF) system is utilized for isolating the raised floor. The equations of motion for a MDOF shear building containing a SCF isolated raised floor with a mounted equipment are developed and the rigid link method is utilized to handle the non‐linearity of the system. The equipment, which can be modelled as a SDOF or MDOF system, may represent a critical computer unit or telecommunication processing system. SCF can be used easily to achieve the desired long period, necessary for protecting sensitive equipment. In this investigation, the ability of SCF in reducing the acceleration level experienced by the equipment inside a building is demonstrated while the lateral displacement is still within an acceptable range. The analysis considered the case of equipment housed in the upper floors of a building where the acceleration is amplified and the motion contains strong components at long periods. For this purpose, different excitations including both harmonic and real earthquake ground motions are employed and the performance of the system is evaluated. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

An evaluation of force-based design vs. direct displacement-based design of jointed precast post-tensioned wall systems

The unique features of jointed post-tensioned wall systems, which include minimum structural damage and re-centering capability when subjected to earthquake lateral loads, are the result of using unbonded post-tensioning to attach the walls to the foundation, along with employing energy dissipating shear connectors between the walls. Using acceptance criteria defined in terms of inter-story drift, residual drift, and floor acceleration, this study presents a multiplelevel performance-based seismic evaluation of two five-story unbonded post-tensioned jointed precast wall systems. The design and analysis of these two wall systems, established as the direct displacement-based and force-based solutions for a prototype building used in the PREcast Seismic Structural Systems （PRESSS） program, were performed at 60% scale so that the analysis model could be validated using the PRESSS test data. Both buildings satisfied the performance criteria at four levels of earthquake motions although the design base shear of the direct displacement-based jointed wall system was 50% of that demanded by the force-based design method. The study also investigated the feasibility of controlling the maximum transient inter-story drift in a jointed wall system by increasing the number of energy dissipating shear connectors between the walls but without significantly affecting its re-centering capability.     

Seismic performance of an unreinforced masonry building: An experimental investigation

This paper presents the results of an experimental investigation carried out to investigate the seismic performance of a two storey brick masonry house with one room in each floor. A half‐scale building constructed using single wythe clay brick masonry laid in cement sand mortar and a conventional timber floor and timber roof clad with clay tiles was tested under earthquake ground motions on a shaking table, first in the longitudinal direction and then in the transverse direction. In each direction, the building was subjected to different ground motions with gradually increasing intensity. Dynamic properties of the system were assessed through white‐noise tests after each ground motion. The building suffered increasing levels of damage as the excitations became more severe. The damage ranged from cracking to global/local rocking of different piers and partial out‐of‐plane failure of the walls. Nevertheless, the building did not collapse under base excitations with peak ground acceleration up to 0.8g. General behaviour of the tested building model during the tests is discussed, and fragility curves are developed for unreinforced masonry buildings based on the experimental results. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

带竖向构造钢筋再生混凝土砖结构振动台试验研究

提出了带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体结构,进行了2个两层再生混凝土砖砌体房屋结构1/2缩尺模型的模拟地震振动台试验研究,2个结构模型的墙体厚度均为120 mm,一层设有门洞和窗洞,二层设有窗洞。2个模型中,1个为带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋,1个为普通无竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋。试验中输入El Centro地震动,测试分析了台面加速度反应、一层和二层顶板加速度反应、结构层间位移反应以及各阶段结构损伤与破坏特征等。研究表明:带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋比普通再生混凝土砖砌体房屋的破坏程度轻,墙体裂缝位置相对错动小,抗震性能显著提高;带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋可用于地震区村镇建筑。     

考虑速度脉冲型地震动的实际高层隔震结构地震响应研究

针对昆明市某99.7 m高层剪力墙隔震建筑,使用90组非脉冲与速度脉冲型地震时程,按震中距及有效持时分别分为7类与6类后,对其结构进行中震及大震作用下的快速非线性分析。结果表明:(1)中震时,该结构非脉冲层间剪力与倾覆力矩均小于脉冲数值,且其比例随楼层增加而增大;(2)大震时,速度脉冲对支座应力及位移的平均放大效应可达1.23~2.44倍,同时时程震中距为(50 km,70km],或有效持时为(40 s,50 s]时支座受脉冲作用放大效应影响最大;(3)结构边缘的橡胶隔震支座拉应力、压应力、天然橡胶支座水平剪切力等受脉冲作用的影响更为明显。     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

Evaluating simplified models in predicting global seismic responses of a shake table–test building isolated by triple friction pendulum bearings

This paper evaluates the ability of simplified superstructure models, including two shear frame models and a single-story model, in predicting global responses of a full-scale five-story steel moment-frame buildings isolated by triple friction pendulum bearings subjected to earthquake motions. The investigated responses include displacement of the isolation system, roof drift, story drift, and floor acceleration. Mechanical properties of the simplified superstructure models were derived from the modal information of a verified full 3-D model. The comparison between the analytical responses and experimental responses shows that the simplified models can well predict the displacement of the isolation system. Furthermore, the shear-frame models are adequate for predicting floor acceleration when the specimen is subjected to horizontal ground motions. However, when the specimen is subjected to 3-D motions, the shear-frame models un-conservatively predict floor acceleration. The full 3-D model improves the prediction of story drift compared with the simplified models for both horizontal and 3-D motions.