基于位移和剪力降低率的减震设计方法研究

附设黏滞阻尼器后的消能减震结构总阻尼比增加,结构各层位移和剪力明显降低。文中以位移降低率和剪力降低率为减震目标,推导附设黏滞阻尼器消能减震结构单自由度体系位移降低率和剪力降低率的计算公式,绘制减震目标与附加阻尼比的关系曲线,研究附设黏滞阻尼器减震结构中减震目标与附加阻尼比的合理匹配问题,提出基于位移和剪力降低率的黏滞阻尼器减震结构设计方法,并通过实际工程算例验证该设计方法在以一阶振型为主的多自由度框架结构体系中应用的可行性。该设计方法简单明确、操作方便,能够快速进行消能减震结构设计,为黏滞阻尼器在框架结构中的广泛应用提供理论指导。     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

消能减震技术在某公共建筑改造加固中的应用

本文以某公共建筑改造工程为背景,针对改造过程中存在的大量梁、柱承载力不足,且主控参数超限等问题,提出了在框架结构中适当位置增设黏滞阻尼器的加固方案,使改造后的结构形成消能减震体系,减小地震作用。采用有限元软件分析了加固方案下结构在多遇和罕遇地震作用下的时程反应,研究了消能减震效果。结果表明,经加固改造后,各主控参数均可满足现行规范要求,大幅度提高了罕遇地震作用下结构抗震性能;通过合理设置黏滞阻尼器,减小了地震作用,大幅度缩小了梁、柱加固范围。     

在振动台模型试验中黏滞阻尼器的设计方法

通过有限元分析,计算出原型结构中黏滞阻尼器的合理参数,然后利用阻尼力相似原则,对原型结构中黏滞阻尼器参数进行相似比运算,转化为模型结构中的黏滞阻尼器参数.运用该方法,在连续梁桥纵向消能减震振动台试验中设计模型黏滞阻尼器,从试验结果来看,黏滞阻尼器发挥了良好的消能减震效果.     

基于塑性分析近似构建附加黏弹性阻尼器框架结构推覆曲线

基于性能的抗震设计要求使用非线性静力分析方法来评估新设计或已有消能结构的抗震性能。使用该方法对消能结构抗震性能评估的一个必要条件是要得到结构的推覆曲线。本文基于塑性理论,给出了快速、有效建立附加黏弹性阻尼器框架理想双线型推覆曲线的简化分析方法。使用该方法构建附加阻尼体系的推覆曲线无需借助结构分析软件。将3种侧向荷载模式(第1振型模式、FEMA-273模式和均布模式)作用下的简化分析结果与结构分析软件的推覆分析结果进行了比较,表明基于塑性理论的简化分析方法能够较准确地预测附加黏弹性阻尼器框架的推覆曲线,只要结构失效时能形成梁铰型侧移机构。     

附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计

基于改进的能力谱法,提出了一种附加黏滞阻尼器结构的抗震设计方法.首先利用改进的能力谱法评估待加固结构抗震性能,若不满足要求则用简单方法计算待加固结构满足给定性能目标所需的附加阻尼比.然后按文中提出的阻尼器阻尼系数3种分配方式,将所需的阻尼比分配于各个楼层.将所提方法应用于10层钢结构的设计,最后对初步设计的消能结构进行非线性动力时程分析,验证了所提方法的精确性.3种阻尼器分配模式下消能结构非线性时程分析结果表明,阻尼力正比于楼层剪力分配模式能取得最保守的设计结果,用改进的能力谱法设计的附加黏滞阻尼器结构能较好地满足给定的屋顶位移性能目标,基本满足层间位移角性能目标.     

新型伸臂消能体系的抗震性能研究

以天津某实际工程项目为例,对新型伸臂消能结构体系中消能伸臂的数量、位置和黏滞阻尼器参数进行了优化,比较了这一新型消能体系与常规消能减震方案的减震效果.研究表明,相对于常规消能减震方案,新型伸臂消能结构体系可在布置较少数量阻尼器时,仍获得较好的减震效果,其经济性十分明显,可望在实际工程中进一步推广应用.     

刚度串联式耗能连梁结构设计关键技术研究

钢筋混凝土剪力墙结构是高层建筑结构中最常用的结构类型之一,消能减振技术作为控制结构振动反应的有效手段而越来越多地应用于钢筋混凝土剪力墙结构。连梁作为钢筋混凝土剪力墙结构的重要构件,在结构体系中起到增加结构侧移刚度、传递墙肢间荷载和位移、担当结构抗震设防第一道防线、强烈地震作用下消耗振动能量等重要作用。鉴于连梁的重要性,自上世纪60年代以来国内外学者先后提出了普通配筋连梁、斜向交叉暗撑配筋连梁、菱形配筋连梁、斜向交叉钢筋连梁、双连梁、劲性连梁、刚性连梁、外贴钢板式耗能连梁、刚度串联式耗能连梁等多种连梁设计方案。其中钢筋混凝土—软钢阻尼器刚度串联式耗能连梁(以下简称刚度串联式耗能连梁)作为钢筋混凝土剪力墙结构消能减振领域内的一项新技术,自提出以来逐渐被多个工程项目采纳和使用。刚度串联式耗能连梁设计方案自上世纪90年代被提出以来,国内外学者进行了一定的研究。但目前国内外研究成果主要集中于阻尼器类型的设计,而少有人研究阻尼器在结构空间位置优化布置的问题。本文基于国内外研究现状,针对刚度串联式耗能连梁的设计概念、设计技术以及阻尼器沿结构空间位置优化等问题进行了研究。本文主要研究工作汇总如下:(1)总结并分析了钢筋混凝土剪力墙结构连梁受力特征及刚度串联式耗能连梁工作机理。首先对连梁的震害特征以及对连梁横截面剪切应力沿结构高度方向的分布规律进行了分析。然后基于延性设计原理,阐述了双肢剪力墙中耦合比的概念。最后根据建筑结构阻尼器工作原理,结合连梁内力分布特征分析和连梁震害特征总结,分析了组合耗能连梁的工作机理。(2)基于反应谱理论拟合出考虑多因素的速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式并剖析了减震系统工作原理。首先,介绍了地震反应谱相关理论,并初步分析了两大减震系统的工作机理以及其适用范围。然后基于反应谱理论详细分析了两大减震系统的减震原理。最后基于强震记录拟合得到速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式。(3)提出并分析了刚度串联式减震结构减震性能曲线基本理论、曲线构建方法和曲线形式,并建立了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构初步设计方法。根据单自由度力学模型以及对应的滞回曲线,并基于弹塑性反应谱等效线性化方法的基本原理,推导出单自由度减震系统的等效周期、等效阻尼比的计算公式。确定了减震结构性能曲线绘制方法及关键技术,建立了刚度串联式减震结构减震性能曲线,探讨了减震结构性能曲线的工程应用价值。提出了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构设计方法和设计流程。(4)提出了软钢阻尼器沿钢筋混凝土剪力墙结构竖向布置的设计方法、设计原则以及设计计算公式。研究了基于减震结构性能曲线相关理论的多自由度减震系统阻尼器刚度沿结构高度方向的分配原则和方法。详细分析了每一竖向布置原则的物理意义,并对五大竖向布置原则之间的关系进行了探讨。根据阻尼器沿结构竖向布置五大原则所对应的力学原理及计算公式,推导出结构各层阻尼器刚度和延性系数分配计算公式。(5)提出了软钢阻尼器在钢筋混凝土剪力墙结构各层布置原则以及软钢阻尼器的设计方法、设计原则以及设计计算公式。提出了阻尼器沿结构水平向布置的基本原则。基于连梁的实际工作性能和软钢阻尼器的力学特性,提出了刚度串联式耗能连梁中金属阻尼器设计的三大原则。根据力学理论和结构材料特性,分别推导出各阻尼器设计原则所对应的方法和公式。(6)采用本文建立的结构消能减震设计方法,对一栋典型的钢筋混凝土剪力墙结构进行了消能减震优化设计,并使用Seismostruct有限元分析软件对设计结果进行了弹塑性时程分析验证,验证结果表明本文所确定的刚度串联式消能减震设计方法科学合理、结果可靠、具有工程实用价值。     

附加黏滞阻尼器结构简化分析方法

介绍了FEMA273给出的传统结构线性静力分析方法,并用该法分析附加粘滞流体阻尼器结构,给出了附加粘滞流体阻尼器结构抗震性能评估的具体分析方法.为了验证所提方法的精确性,对设计好的附加黏滞阻尼器结构进行了非线性动力分析,动力分析使用的人工波加速度反应谱形状与设计消能结构时使用的设计反应谱相匹配.实例分析结果表明,该方法能快速、有效地评估附加流体阻尼器结构在大震作用下的抗震性能,特别是在消能结构初步设计和分析阶段.     

某教学楼框架结构的黏滞阻尼器减震加固设计

介绍了位于抗震设防烈度Ⅶ度区的某中学6层教学楼所采用的黏滞流体阻尼器的消能减震加固的计算和设计。该教学楼为现浇混凝土框架结构,考虑到其建筑使用功能和抗震要求,在1~6层优化布置了52套黏滞流体阻尼器,时程分析结果表明:黏滞流体阻尼器可大量耗散地震动能量,显著降低了结构的地震响应。     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Distribution of throughfall and stemflow in multi‐strata agroforestry,perennial monoculture,fallow and primary forest in central Amazonia,Brazil

The partitioning of rain water into throughfall, stemflow and interception loss when passing through plant canopies depends on properties of the respective plant species, such as leaf area and branch angles. In heterogeneous vegetation, such as tropical forest or polycultural systems, the presence of different plant species may consequently result in a mosaic of situations with respect to quantity and quality of water inputs into the soil. As these processes influence not only the water availability for the plants, but also water infiltration and nutrient leaching, the understanding of plant effects on the repartitioning of rain water may help in the optimization of land use systems and management practices. We measured throughfall and stemflow in a perennial polyculture (multi‐strata agroforestry), monocultures of peach palm (Bactris gasipaes) for fruit and for palmito, a monoculture of cupuaçu (Theobroma grandiflorum), spontaneous fallow and primary forest during one year in central Amazonia, Brazil. The effect on rain water partitioning was measured separately for four useful tree species in the polyculture and for two tree species in the primary forest. Throughfall at two stem distances, and stemflow, differed significantly between tree species, resulting in pronounced spatial patterns of water input into the soil in the polyculture system. For two tree species, peach palm for fruit (Bactris gasipaes) and Brazil nut trees (Bertholletia excelsa), the water input into the soil near the stem was significantly higher than the open‐area rainfall. This could lead to increased nutrient leaching when fertilizer is applied close to the stem of these trees. In the primary forest, such spatial patterns could also be detected, with significantly higher water input near a palm (Oenocarpus bacaba) than near a dicotyledonous tree species (Eschweilera sp.). Interception losses were 6·4% in the polyculture, 13·9 and 12·3% in the peach palm monocultures for fruit and for palmito, respectively, 0·5% in the cupuaçu monoculture and 3·1% in the fallow. With more than 20% of the open‐area rainfall, the highest stemflow contributions to the water input into the soil were measured in the palm monocultures and in the fallow. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Anthropogenic Eutrophication and Red Tide Outbreak in Lacustrine Systems of the Kashmir Himalaya

Red tide, a recurrent phenomenon has become conspicuous in several Kashmir lake ecosystems since 1991. The responsible organism (Euglena pedunculata), a rare flagellate rediscovered in the Kashmir Himalaya (Khan 1993) caused first and unprecedented red tide outbreak, constituting a maximum of 96% of resident numerical phytoplankton density in Dal Lake. At present, conflicting hypotheses exist on the generation of causal assemblage(s) imparting redness to waters: Jeeji Bai (1991) linked its origin to acid precipitation – a fallout of burning oil‐fields during the Gulf War – whilst Khan (1993) holds local factor(s) responsible. Field/experimental studies support the latter contention that the influx of untreated sewage, in unison with warm temperatures, high levels of PhAR, iron and interruption to hydrological flow‐pattern together with absence/or reduction in grazing activity created conducive environmental milieu for red tide outbreak. Dal Lake “red tide” drifted the bloom‐inoculum to other waters, including Lake Wular, where additional ecological niches were carved out, threatening the aesthetic value and biological diversity of Kashmir lakes. Ecological monitoring indicates frequent seasonal red tide occurrence in Dal Lake (including summer‐autumn event of 1998) which testifies its unabated eutrophication status. Further studies are needed on ecological adaptability and biogeographic distribution of this rare and unique red tide‐causing flagellate.