考虑温度影响的LRB隔震建筑地震响应分析

为研究温度对铅芯橡胶支座(LRB)性能的影响,进行支座拟静力试验。试验表明,在不同温度环境中试件的滞回曲线明显不同,支座的刚度和屈服剪力均随温度的升高而降低;低温时,支座的力学特性变化较大,而当温度大于20℃时,支座的力学特性趋于稳定。以某五层基础隔震建筑为例,编写基础隔震结构非线性时程分析程序NBIS,计算该隔震建筑在考虑温度影响后的地震响应。结果表明,在多遇地震作用下支座恢复力随温度的升高而降低,与罕遇地震下的变化趋势相反;考虑LRB温度影响后,该基础隔震结构的减震系数随环境温度的降低而增大,支座的最大位移随温度升高而增大。     

大型LRB基础隔震储罐支座参数优化配置研究

铅芯橡胶支座(LRB)参数的优化配置是大型LRB基础隔震储罐设计的关键问题。采用Bouc-Wen模型模拟LRB的非线性力学性能,结合Newmark增量法和龙格库塔积分法求解了隔震储罐非线性动力方程,得到了不同类型场地上大型LRB隔震储罐的地震响应特点和设计参数优化配置规律。研究结果表明:支座隔震频率是影响大型隔震储罐减震效果的主要参数。I类场地上最优隔震频率范围为0.5～5rad/s,II类、III类场地上最优隔震频率范围为2～5rad/s,IV类场地上最优隔震频率范围为1.5～3rad/s。支座屈服强度对储罐地震响应的影响取决于场地类型和隔震频率。在II和III类场地上存在最优屈服强度使得基底剪力最小,且最优屈服强度随隔震频率增大而增大。     

强震下基础隔震结构与挡土墙碰撞响应分析

基础隔震结构在罕遇地震作用下可以大幅降低上部结构的地震响应,达到保护结构的目的;但在超过罕遇地震的强震作用下,隔震层位移可能超过预留的隔震沟宽度,隔震结构与周边挡土墙碰撞。建立考虑上部结构非线性的隔震结构模型,设防烈度为8度,进行了超过罕遇地震的强震下地震响应分析,结果表明,隔震结构与挡土墙碰撞减小了隔震层位移,但导致上部结构加速度、位移及层剪力明显放大,放大程度随碰撞刚度及地震动强度的增大而增大,随隔震沟宽度的增大而减小;碰撞刚度增大到一定程度后,层间位移的增大对碰撞刚度的增大不再敏感,加速度及上部结构基底剪力系数则未表现出这一趋势;碰撞还导致支座最大面压的增大及最小面压的减小。     

隔震层竖向刚度对高层基础隔震结构的影响

高层隔震建筑的隔震层在罕遇地震作用下会产生拉应力。本文通过对一栋20层的高层隔震结构,分别采用等拉压刚度模型和不等拉压刚度模型进行动力非线性时程分析,研究叠层橡胶隔震支座竖向刚度模型对高层基础隔震结构动力响应的影响。研究表明,超出线弹性工作范围后,竖向等拉压刚度模型将会低估隔震层的竖向位移量,低估上部结构的动力响应。     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

多塔高层结构隔震设计与分析

结合某多塔高层隔震结构,采用弹性时程分析方法,分析了隔震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的响应。主要包括自振周期、层间剪力、倾覆力矩和楼层位移等内容。结果表明,与非隔震情形相比,结构的自振周期明显增大,地震作用得到了较大的衰减。结构在地震作用下的隔震效果明显,楼层剪力及倾覆力矩均得到折减,在罕遇地震作用下隔震效果尤为显著。层间位移主要集中在隔震层,上部结构的层间位移几乎为零。     

近断层区橡胶支座隔震结构限位研究

橡胶支座基础隔震结构遭遇近断层脉冲型地震动作用时,隔震层变形过大,需要限位。提出了软碰撞限位方案。按抗震规范设计橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层地震动记录,分析了限位主要参数预留距离、限位刚度和阻尼对隔震结构响应的影响。结果表明,预留距离增大,限位刚度需求增大,限位效果减弱;限位刚度增大,隔震层最大位移减小,上部结构层间最大位移增大;在一定范围内适当增大阻尼可减小隔震层最大位移与上部结构的层间最大位移。合理选用限位参数,可同时获得良好的限位与减震效果。提出了限位参数的优选方法。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

近场高烈度区高层框筒结构组合隔震设计与分析

针对高烈度近场地震区的高层框架-核心筒结构,提出了橡胶隔震支座和弹性滑板支座的组合隔震设计思路。采用时程分析方法对比计算了结构采用传统抗震与隔震技术在地震作用下的层剪力、层间位移角、楼层加速度、支座应力和地震能量耗散情况。研究结果表明:多遇地震下,组合隔震结构楼层位移与加速度的衰减幅值达54%和60%;罕遇地震下支座的拉应力和位移都控制在规范限值内,橡胶隔震支座和弹性滑板支座的滞回曲线均饱满,从滞回曲线可得知两种支座同时进入屈服,表明在该组合隔震设计中,两种支座具有良好的协同工作性,验证了该组合隔震设计的合理性。     

单层球面网壳结构的柱顶隔震研究

以带下部混凝土支承结构的单层联方型球面网壳为研究对象,针对工程实际中支承刚度过强的情形,提出了柱顶隔震的方法,从而改善了整体结构的抗震性能。非线性时程分析表明,多遇地震作用下LRB能在一定程度上降低支座反力,且使支座反力分布趋于均匀,降低了支座设计的要求;罕遇地震作用下LRB支座基本进入塑性状态,支座反力维持在屈服力附近,与原结构相比有大幅度的降低,支座滞回曲线饱满,同时上部网壳的塑性发展程度大大减轻,基本保持为弹性,取得了良好的减震效果。     

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc - Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge - Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析.结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视.     

近场高烈度区某高层筒体结构组合隔震设计的分析

位于高烈度区且靠近断层的高层建筑结构，其相关抗震设计需要考虑较大的水平和竖向地震荷载，使得传统、单一的隔震方案难以满足规范的要求。鉴于此，针对西昌市靠近断层的某筒体结构提出了一种叠层橡胶支座加黏滞阻尼器的组合隔震设计方案，即在隔震层布置黏滞阻尼器以控制结构在罕遇地震作用下的位移。与此同时，为了满足结构的功能使用要求，将外部框架以及内部核心筒(除去电梯井)在零标高处进行隔震设计，而电梯井则下沉至基础底部加以隔震。通过弹塑性时程分析，研究结果表明：相比非隔震结构，采取组合隔震设计的框筒结构在设防地震作用下，其X、Y向的最大层间剪力分别减小72.37%和79.63%,水平向减震系数为0.35,满足抗震措施降低一度的要求；在罕遇地震作用下，其X、Y向的最大层间位移角分别减少81.06%和76.38%,隔震橡胶支座的拉压应力均在规范允许范围内，且铅芯橡胶支座与黏滞阻尼器均进入耗能阶段，滞回曲线较为饱满，进而验证了该组合隔震设计的合理性。     

P-Δ效应对基础隔震结构地震响应影响研究

隔震支座在地震作用过程中水平变形时,会对上部结构附加由于隔震支座P-Δ效应造成的弯矩。国内,关于隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构地震响应具体影响相关的研究,相对较少。采用PERFROM-3D软件,建立上部结构弹塑性的基础隔震结构模型,进行了考虑与不考虑隔震支座P-Δ效应的计算分析,对比了层剪力系数、层间位移、层倾覆弯矩、加速度等地震响应。结果表明:隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构的底层层间位移响应及上部结构柱底转角位移造成一定影响,其它地震响应基本无差异。     

平扭耦联隔震体系隔震支座阻尼分布影响分析

为了研究铅芯橡胶隔震支座的阻尼分布对平扭耦联隔震体系隔震效果的影响,本文对一个三层两跨钢框架,通过调整上部结构负重块位置及下部铅芯橡胶隔震支座的分布位置,进行不同偏心工况下平扭耦联隔震体系地震模拟振动台试验,获得了不同偏心工况、不同阻尼分布情况下结构位移和加速度的时程曲线。试验和分析表明:隔震层阻尼中心与上部结构的质心位置接近,或者增大隔震层的阻尼半径,可显著地降低上部结构的扭转反应。     

考虑支座硬化与碰撞的隔震结构易损性分析

支座硬化以及隔震层与周围挡土结构的碰撞导致增量动力分析曲线发生突变,针对这一问题提出了适用于同时考虑支座硬化和结构碰撞的地震需求模型。选取21条地震动记录,对隔震结构进行增量动力分析及易损性分析。通过一个21层框架-剪力墙结构的实际工程算例,应用所提出的模型,研究地震作用下隔震沟宽度对结构动力响应及易损性的影响。研究结果表明：碰撞后结构虽然隔震层位移减小,但会造成楼层峰值加速度明显放大及隔震效果的减弱。在发生硬化和碰撞时,滞回圈均会出现明显的上翘现象,IDA曲线会出现突变。在极罕遇地震作用下,当隔震沟宽度较大时,基础隔震结构上部结构出现损伤的超越概率比隔震沟宽度较小的结构均有所减小,其中出现严重损伤的概率减小了17.17%,出现破坏的超越概率减小了3.50%。     

层间隔震偏心结构双向地震耦合响应研究

建立双向地震作用下层间隔震双向偏心结构侧扭耦联分析模型;考虑上部结构及下部结构的弹塑性模型,隔震支座采用双向耦合非线性Bouc-wen模型模拟;分析偏心参数对层间隔震双向偏心结构的影响规律;评价双向地震作用下我国抗震规范给出的扭转影响系数静力预测值的准确性。结果表明,双向地震作用下设置中间柔性隔震层可以减小上\,下部结构扭转的耦连效应;下部结构存在双向偏心会对隔震层和下部结构扭转反应带来不利影响;LRB耦合效应对层间隔震地震响应影响较小;当下部结构偏心率较大时现行规范计算扭转系数偏于不安全。     

基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明：在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。     

基于概率密度演化的隔震结构随机地震响应

本文考虑地震动的随机性,运用概率密度演化方法对基础隔震结构的随机响应进行研究.上部结构与隔震层分别采用刚度退化的Bouc-Wen模型与Bouc-Wen模型,建立隔震结构的概率密度演化方程,直接应用四阶龙格-库塔方法迭代求解隔震结构的非线性的响应,得出隔震结构在8度罕遇地震下每层的位移概率.结果显示隔震结构较非隔震结构上部结构的位移大大地减小了,上部结构具有足够的安全性.结构整个概率密度演化过程显示了隔震结构的响应信息,概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能.     

大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究

针对大跨度空间网架屋盖隔震结构响应的问题,采用简化后的质点力学模型,对其进行理论研究,分析质量比、刚度比、阻尼比对屋盖隔震结构地震响应的影响,以基底剪力最小为原则确定隔震层的最优参数.建立相应的三维有限元模型,对其进行屋盖隔震设计,分别与非隔震和基础隔震结构的响应对比.结果 表明:屋盖隔震结构由于隔震层直接设置在屋盖支撑处,能明显减小上部网架的杆件轴力和支撑处的剪力.虽然其隔震层位置较高,但对结构的基底剪力和屋盖的挠跨比仍有减震效果;对于下部框架结构,直接与隔震层连接的框架的层间位移角有所减少,但未直接连接隔震层的较远部分框架的层间位移角略有增大,在结构设计时不容忽视,应适当加强.