昆明高(超高)层建筑环境振动特性实测与统计分析

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据。     

Actual Measurement and Statistic Analysis of Ambient Vibration Characteristics of the High-rise (Skyscraper) Buildings in Kunming

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据.     

等效阻尼比对基于位移的抗震设计的影响分析

等效阻尼比是基于位移抗震设计中确定等效周期的一个关键参数。通过对不同研究者提出的等效阻尼比模型进行比较研究,重点讨论了滞回模型、延性系数和等效周期对等效阻尼比的影响。结果表明,不同等效阻尼比模型的总体变化趋势是一致的;滞回模型对等效阻尼比有很大影响,Ramberg-Osgood模型的等效阻尼比是Flagshaped模型的2.56倍;等效阻尼比随着延性系数的增大而增大,尤其在μ=2～4范围内变化幅度最大;短周期与中长周期等效阻尼比相差2倍多,故等效周期小于1 s时,必须考虑其对等效阻尼比的影响。     

钢筋混凝土框架结构动力特性研究

本文利用SVSA结构振动信号采集分析系统,对31幢钢筋混凝土框架结构的动力特性进行了现场实测,统计分析结构在环境随机振动作用下的动力特性规律。回归得到了自振周期与房屋层数、高宽比的关系,阻尼比与房屋高度、自振频率之间的关系,可供工程设计参考。     

中承式钢筋混凝土拱桥自振特性分析

利用有限元通用软件ANSYS,对一中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构自振特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构自振特性的影响.结果表明:自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

荆江大堤下伏饱和粉细砂动力特性试验研究

针对荆江大堤江陵段下伏地层广泛分布的饱和粉细砂,参照原位试验成果重塑粉细砂试样,按估算的固结应力比(Kc约为1.6)对试样动剪模量、阻尼比及总应力动强度进行测试,结果表明:(1)试样应力-应变骨干曲线与Hardin-Drnevich双曲线模型假设高度吻合,Hardin公式可很好地拟合动模量/阻尼比与动应变的关系。在研究试样密实度范围内,最大动模量随围压和密实度的增加而增加,但围压对动模量的敏感性更高,且相同围压下动剪模量比与动应变关系曲线近乎重合。围压增大或密实度升高均会引起阻尼比的降低,1%应变对应的阻尼比分布在0.15~0.21之间;(2)偏压状态下以累积轴向应变5%作为液化判别标准进行抗液化强度试验,随特征振次及测试围压的增大,液化动剪应力比相应减小,试样振动孔压比最高仅能达到0.8~0.9;(3)由总应力法求取的动内摩擦角与黏聚力均随设定特征振次的增加而下降,且内聚力并非约等于0,表明动力作用下该试样具有一定的黏滞性。     

地震作用下钢筋混凝土框架-填充墙相互作用分析

对带填充墙的钢筋混凝土框架结构进行数值分析,研究填充墙体对框架结构抗震性能的影响。采用有限元软件ABAQUS建立了填充墙框架结构模型,通过数值模拟分别分析了墙体开洞、墙体材料以及填充墙与框架的连接形式在多遇和罕遇地震下对填充墙框架动力响应及损伤的影响。分析结果表明:刚性连接下的填充墙对框架产生了刚度效应,使得其自振周期为纯框架的0.2~0.7倍,导致在地震作用下的响应增大,但填充墙对框架的约束效应限制了框架柱的变形,增大了结构的抗侧承载力;罕遇地震下填充墙与框架存在复杂的相互作用,开洞填充墙对框架柱产生了约束作用,减小了柱的计算高度,满布填充墙对框架产生斜压杆效应,导致柱端出现附加剪应力容易出现剪切破坏。柔性连接下的填充墙对框架的自振周期影响很小,在进行抗震验算时可不进行自振周期折减,在多遇和罕遇地震波作用下的动力响应以及损伤均与纯框架类似,与抗震规范的设计计算吻合,同时也可避免填充墙的破坏。     

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。     

通过群桩-土-偏心结构振动台试验分析群桩与地基的响应

通过对群桩-土-偏心结构相互作用体系振动台试验,分析了结构偏心效应对相互作用体系自振特性、地基振动和桩基变形的影响规律。试验结果表明:地基土的加入使得相互作用体系前两阶自振频率相差增大,平扭振动耦联程度降低,体系阻尼比明显增加;结构偏心效应增大了角桩的加速度响应,高出同深度边桩测点10～15%,桩身振动频率特性较场地土有明显差别;角桩变形幅度较边桩更为突出,桩长范围内角桩应变峰值始终大于边桩测点,两者相差在桩顶附近达到最大;桩间土承担了部分扭转效应,角桩较边桩应变增幅约为对应位置筏板位移增幅的一半;土的动力放大特性与以往研究规律相近,结构偏心效应对地基整体振动产生的影响不很明显;桩土界面动力响应与筏板平动位移时程相对应,且随深度的增加而逐步增大。     

武汉砂土动剪切模量与阻尼比的试验研究

以武汉地铁4号线二期工程越江段饱和砂土为研究对象,通过室内GDS动力三轴试验,较为系统地研究了在单向循环荷载作用下砂土的动剪切模量和阻尼比规律特性及其影响因素。试验结果表明:动剪切模量、阻尼比与动剪应变的关系可以用Hardin-Drnevich双曲线模型进行描述;动剪切模量随动应变的增大而减小,随围压和固结比的增大而增大,而阻尼比的变化规律与动剪切模量相反。从而为工程建筑物的抗震设计提供了重要依据。     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

周期性层状材料在建筑抗震方面的应用探索

利用弹性波在周期层状材料中的禁带带隙,通过改变材料组成尺寸,使得建筑物的共振频率落在禁带范围内,达到抑制振动的效果,可以有效提高建筑物在地震中的抗震能力。介绍了层状声子晶体材料在建筑物抗震中的应用。     

重复循环荷载作用下原状黄土动力特性试验研究

为探究重复循环荷载作用下含水率、固结压力对原状黄土动力特性、变形性状的影响规律,利用英国GDS双向动态三轴试验系统模拟交通荷载,对海东地区原状黄土进行动三轴试验研究。试验结果表明：单一重复循环动荷载作用下,在加载初期,海东地区原状黄土的轴向动应变随着循环次数的增大急剧增加,后期缓慢增加至趋于稳定,即发生应变硬化现象。在加载初期,含水率、固结压力对原状黄土的轴向动应变无明显影响,当循环次数N>400时,原状黄土的轴向动应变随含水率的升高而增加,随固结压力的增大而减小。动剪切模量随循环次数的增加出现先减小后增加再减小的变化,随含水率的升高有较大幅度的降低。动阻尼比随循环次数的增加先增加后减小,随含水率的升高而增大。表明海东地区原状黄土所具有的大孔隙架空结构使其在重复循环荷载作用下易发生振动变形。     

常时微动观测在砖混结构建筑群振动特性及抗震能力快速判断中的应用

城市建筑群中砖混结构建筑数量众多,抗震性能较弱,在地震中的破损率较高,逐一进行抗震性能测定难度巨大。本文提出基于常时微动观测的城市砖混结构建筑群抗震性能快速评价方法,提供初步的决策参考建议,适用于在大范围城市建筑群中快捷地筛选易损建筑。选取呼和浩特市区331栋砖混结构建筑物进行振动特性分析,分别建立适用于研究区域建筑物长轴和短轴平均共振周期与建筑物楼层数的回归关系,作为衡量研究区砖混结构建筑群抗震能力的快速判断标准。筛选出82栋抗震能力较弱的易损建筑,其中24栋为重点关注对象,主要分布于人口较为密集的老旧城区,多为4层（含）以上住宅类型,建筑年代较为久远,具有面临潜在地震危害的风险,为下一步有针对性地进行抗震加固和防震减灾工作提供参考依据。     

单管通信铁塔结构基本自振周期分析及抗震应用

利用ANSYS软件分析了单管通信铁塔结构的基本自振周期特性,针对不同高度和不同圆形外平台数量进行大量参数分析,得出了在不同参数下单管塔的基本自振周期,并通过有限元计算结果拟合出估算单管通信铁塔结构的基本自振周期的实用计算公式,对实际工程的抗震设计工作有一定参考价值.     

钢筋混凝土框架结构阻尼性能的研究

阻尼比是一个重要的结构动力特性参数,它对结构的动力响应有重要影响。目前结构抗震计算通常取阻尼比为常数,这不能真实反映建筑物的阻尼机理,与阻尼比的实测结果也有很大的差距。本文以选取的混凝土框架现场脉动实测阻尼数据、混凝土框架模型振动台试验实测阻尼数据、由地震记录识别的混凝土框架阻尼数据及自行完成的混凝土悬臂试件自由振动实测阻尼数据为依据,对混凝土强度、实验方法、结构方位、结构自振频率和结构变形大小等对混凝土框架阻尼性能的影响进行了分析,在此基础上,统计得到了混凝土框架弹性阻尼比、弹塑性阻尼比与频率或变形相关的计算公式。通过与国内外已有公式的比较,论证了本文建立的阻尼比计算公式的合理性和有效性。     

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。     

特征参数对性态谱影响规律的研究

性能化抗震是工程抗震研究的重要方向。根据位移性能水准,计算不同周期结构达到性能水准时所需输入的最大地震动加速度值,建立性态谱;基于性态谱,研究自振周期、恢复力模型和第二刚度折减系数等特征参数对性态谱的影响。研究表明:性态谱表征了周期、性能水准和地震需求的三维谱关系,可预测达到不同性能水准时结构的地震需求;结构自振周期和第二刚度折减系数在短周期段对性态谱有显著影响,随结构自振周期的增大,谱值差别减小;双线型恢复力模型是否退化影响达到相同变形目标时的地震需求,退化模型性态谱谱值小于非退化模型。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448 条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312 个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。