西安钟楼的地震响应分析

为了研究高台基和土-结构相互作用对结构地震反应的影响,以西安钟楼为研究对象,建立了钟楼的上部木结构、上部木结构-高台基和上部木结构-高台基-地基的三维有限元模型。选取了兰州波按照多遇地震和罕遇地震进行了地震反应分析,得出高台基对上部木结构的地震响应起放大作用,表明地震响应应该考虑高台基的影响。当考虑土与结构相互作用时,顶层的振动相对于模型1和模型2分别放大了13.53倍和2.27倍,因此对钟楼结构进行地震响应分析时必须考虑土与结构的相互作用。     

高台基古建筑木结构动力特性及地震反应分析

为了分析高台基古建筑木结构的抗震性能,以西安鼓楼为例,分别建立鼓楼的高台基、上部木结构、整体结构的三维有限元模型.通过模态分析,分别获取了它们的主要频率和振型;通过对上部木结构和整体结构模型输入El Centro波、Taft波、兰州波三种地震激励,分析了柱顶节点的地震响应;并对这些有限元分析结果进行了对比.结果表明:高...     

具位移放大机制的流体黏滞阻尼器性能及减震效果分析

为了解决结构层间位移过小对阻尼器性能发挥的影响,依据机械原理,应用齿轮机构,提出了1种新型具位移放大机制的流体黏滞阻尼器,然后根据幂律流体的本构关系,推导了阻尼器力学模型并分析了其耗能减震能力,结果表明该阻尼器耗能能力可放大λ~(1.2)~λ~2倍,其中λ为大小齿轮的直径比。最后选择一12层钢筋混凝土框架结构,分别按不安装黏滞阻尼器、安装普通黏滞阻尼器和安装位移放大2倍黏滞阻尼器3种工况进行多遇和罕遇水准下的时程分析,分析结果表明:安装黏滞阻尼器结构的层间位移角均有不同程度的减小,位移放大2倍黏滞阻尼器减震效果优于位移未放大的黏滞阻尼器,多遇地震水准下的减震效果好于罕遇地震水准下的减震效果;安装位移放大黏滞阻尼器,对顶层的加速度控制效果较其它楼层的好,对层间位移的控制效果好于对加速度的控制效果。     

考虑土-结构相互作用的西安钟楼地震反应分析

为探讨土-结构相互作用对西安钟楼地震反应的影响,建立了钟楼上部木结构-台基-地基三维有限元模型,基于粘-弹性人工边界条件,利用振型分解反应谱法进行了地震反应分析。结果表明,考虑相互作用木结构2层相对位移反应增大了2.12倍,台基相对于地面间的相对位移增大了44%。因此,在对钟楼结构进行地震反应分析时必须考虑土-结构相互作用。     

三层轻木-混凝土混合结构足尺模型模拟地震振动台试验研究

轻型木结构在地震作用下的性能已有了一定的研究基础,但轻木混合结构的抗震性能研究尚未得到充分认识。本文重点介绍了首次进行的3层轻木-混凝土混合结构振动台试验,试验房屋下部一层为钢筋混凝土框架结构,上部二层为对称轻型木结构,模型平面尺寸为6.1m×3.7m。对5个上下抗侧刚度比不同的足尺模型,采用3种地震动沿房屋纵向激振,峰值加速度依次为0.1g~0.5g。每次激振后测定房屋自振频率及对应的阻尼,各层加速度和水平位移,木结构底部与混凝土结构顶部之间竖向相对位移以及螺栓锚固力等。试验结果表明:(1)轻木-混凝土混合结构具有良好的抗震性能;(2)上部木结构与底层混凝土结构间连接可靠;(3)5个模型的振动均以第1振型为主,但对于刚度比大的模型,下部混凝土结构的2阶振动较明显;(4)刚度比大的模型其地震反应小于刚度比小的模型。     

地下隧道横截面内地震动土作用分析

地下隧道抗震分析的关键在于确定地震过程中隧道所受的地震作用,亦即地震动土作用。本文采用间接边界元方法,求解了弹性基岩上覆层状场地中地下隧道所受的横截面内地震动土作用,通过参数分析揭示了地震动土作用的峰值大小、空间分布等基本规律。研究表明,土-隧道动力相互作用对地震动土作用的空间分布形式影响较小,地下隧道结构横截面内所受地震动土作用的空间分布形式与隧道相应位置处自由场土层应力空间分布形式基本一致;土-隧道动力相互作用对地震动土作用有明显放大效应,隧道主要位置点的水平动土作用和竖向动土作用与隧道相应位置处自由场土层应力相比分别放大1.4~2.0倍和1.2~1.6倍;随隧道埋深的增加,隧道所受地震动土作用呈明显增大趋势。最后在此基础上提出了横截面内地震动土作用的一个简化计算方法。该简化方法基于自由场地震响应分析,采用动力放大系数来考虑土-隧道动力相互作用,方法简单实用,计算精度可以满足工程需求。     

某平面不规则大底盘多塔楼隔震结构的抗震性能分析

对8度区某平面不规则大底盘多塔楼基础隔震结构进行了抗震性能分析。根据结构特点采用多串质点系计算模型,利用时程分析法计算对比了隔震结构和非隔震结构在多遇地震作用下的水平剪力,并验算了隔震结构在罕遇地震作用下的水平剪力、层间位移和位移角。分析表明,在水平地震作用下隔震结构相对非隔震结构表现出了良好的减震效果,罕遇地震作用下隔震结构各项指标均满足规范要求。     

基于结构台阵记录的地震响应分析

为了研究土-结构相互作用对高层建筑地震响应数值模拟的影响．选择一栋具有地震观测记录的高层建筑（结构台阵）作为研究对象．利用Abaqus有限元软件和2009年姚安地震加速度记录,并假定了水平成层和有倾角成层的2种土介质模型．进行土-结构动力反应分析。结果表明：有倾角成层土-桩-结构相互作用模型的计算结果与观测资料相比有明显的放大现象,在NS方向体现的更加明显。这说明,就高层建筑的抗震分析而言,土介质模型对计算结果影响很大,在进行地震作用下土-结构地震响应分析时．土层模型应尽可能与真实土层相符。否则其计算结果会产生较大误差。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

故宫雨花阁动力特性及地震响应分析

为研究古建筑木结构的动力特性以及抗震性能,获取建筑自身以及内部文物保护的参考依据,以故宫雨花阁为分析对象,进行环境微振动测试,并利用软件SAP2000建立结构有限元模型。经现场测试以及模态分析,得到了雨花阁的主要频率和振型;并通过输入不同地震波（加速度峰值0.4g）,获得了典型节点的地震响应曲线和各层动力放大系数。结果表明:雨花阁的一阶和二阶频率为1.34Hz和1.44Hz,振动形式为两个水平方向平动,与场地的卓越周期1.5Hz较为接近;在8度罕遇地震作用下,结构产生的地震响应较剧烈;顶层南北向的动力放大系数平均可达到2.7,因此内部文物须采取更高标准的加固措施。     

2016年1月21日门源MS 6.4地震前重力非潮汐变化特征分析

选取2015—2018年兰州和高台连续重力观测站整点值数据,分析2016年1月21日门源M_S 6.4地震前2个台站连续重力数据非潮汐变化特征,发现2个台站在此次地震发生前1年,分别观测到重力数据出现持续约6个月的重力非潮汐上升变化,月均变化速度分别为9.36μGal、6.17μGal,累计变化振幅分别达到56.15μGal、37.05μGal。通过对观测站点周边观测环境的详细核实和理论计算,排除台站周边环境干扰因素,认为震前6个月的重力非潮汐持续性下降变化应与此次M_S 6.4地震孕震过程有关。本研究结果可为揭示此次门源地震的孕震机理提供一定参考,为后续地震预测中重力观测指标的建立提供一定参考。     

地震动参数对斜坡加速度动力响应规律的影响

2008年‘5.12’汶川大地震诱发斜坡地质灾害在空间分布上表现出了明显的高程效应和岩性效应。本文采用上硬下软和上软下硬两种典型岩性组合斜坡模型,完成了1:100比尺的振动台试验。文中重点分析了地震波类型(频谱)、激振方向和地震动三参数对斜坡模型水平向加速度动力响应规律的影响。分析结果表明:(1)水平单向激振时,15Hz正弦波和汶川地震波作用下的高程放大效应主要体现在斜坡模型中上段,两者在上软下硬组合斜坡模型中产生了近乎相同的水平向加速度动力响应规律,原因主要在于两者的卓越频率接近。(2)模型对合成向汶川地震波的放大作用依次超过单向水平向和竖直向汶川波的作用,且合成向与水平单向汶川地震波的作用规律基本相同。(3)随着振动强度增加,模型对低频波的放大作用增强。(4)在合成向汶川地震动作用下,随着振动强度增加,模型各高程处的水平向加速度峰值(PGA)逐渐增加,其相应的放大系数在模型中上段逐渐降低至2.0以下,最终趋于平缓,表明模型沿高程向的放大效应逐渐减弱。此外,各参数对模型的水平向加速度响应因模型自身的岩性组合结构而异,随着振动强度增加,上硬下软斜坡模型中上部的水平向速度响应值基本保持在1.0～2.7倍于上软下硬斜坡模型中上部的水平向加速度响应值这一水平。     

某高位转换高层建筑结构设计

对某高位转换高层建筑进行结构设计分析,重点分析了PKPM不同计算模块对转换构件的计算结果,对比发现不同的模块计算结果有较大不同,在结构设计时应对结果进行仔细分析综合判断,才能作为设计依据。同时根据规范设定的抗震性能目标,研究结构的整体抗震性能,分别进行多遇地震作用下的弹性反应谱分析和罕遇地震作用下的推覆分析,结果表明:结构满足抗震性能要求。在多遇地震作用下,结构完全处于弹性工作,在罕遇地震作用下,塑性铰出现的时间和位置合理,满足抗震性能要求。     

结构-地基耦合振动下地震反应谱特性

随着结构震害统计资料的不断增加,许多结构在地震作用下的宏观破坏现象用现有的反应谱理论不能获得合理的解释。在地震中,结构-地基耦合振动十分明显。就此问题出发,利用集总参数法建立了结构-地基耦合振动模型,分析推导了该模型下的地震反应谱公式。通过实例计算得出了耦合体系在不同频率地震波作用下的反应谱曲线,得出了一些有意义的结论。研究结果表明,对于具有浅埋刚性基础的结构体系在考虑耦合后的地震响应值与现有反应谱理论计算值有明显差异,地震作用在较大结构周期跨度上得到折减,同时,耦合体系对特定频率的地震波有吸收作用,现有反应谱理论没有体现这一点有利作用。     

太和殿基座对上部结构抗震性能影响分析

故宫太和殿是中国古建筑的典型代表,其基座由台基和高台组成。为有效保护古建筑,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例,研究古建基座对上部结构抗震性能影响。基于太和殿基座、浮搁柱底、榫卯连接、斗拱等构造特征,建立两种有限元模型:不考虑基座/考虑基座。通过模态分析,研究基座对太和殿上部结构自振特性的影响;通过Ⅷ度常遇地震作用下的谱分析,研究基座对太和殿上部结构内力、变形分布及峰值的影响;通过Ⅷ度罕遇地震作用下的时程响应分析,研究基座对太和殿上部结构加速度和位移响应的影响。结果表明:考虑基座后,太和殿结构基频减小,主振型参与系数增大;Ⅷ度常遇地震作用下,太和殿结构木构架的变形及主应力峰值略有放大,墙体所受内力减小;Ⅷ度罕遇地震作用下,太和殿典型部位的木构架加速度、位移响应有不同程度放大。因此基座对太和殿上部结构动力放大作用不可忽略。     

基于纤维模型的空间网架支承体系的优化设计与分析

近年来,民用航空制造业的快速发展给大柱距空间网架结构带来新的契机。本文针对某大柱距厂房设计了无柱间支撑、柱间钢支撑和柱间消能支撑3种抗侧力结构体系。在此基础上,分别建立了3种结构体系的三维整体有限元模型,通过优化设计确立了钢支撑和消能支撑的具体设计参数,并进行了多遇地震作用下的弹性时程对比分析。最后,建立了结构弹塑性分析的纤维模型,对3种结构体系进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比研究了3种结构体系在大震作用下的倒塌机制。结果表明：采用纤维模型能够较为精确地进行结构的弹塑性时程分析;相较于不加柱间支撑结构体系,柱间钢支撑和柱间消能支撑结构体系在多遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约32%和64%,在罕遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约12%和46%,且均具有更好的倒塌机制。本文可供大柱距空间结构的设计与分析参考和借鉴。     

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。     

非平整曲面隔震结构的多质点计算模型及地震响应研究

针对强地震作用下隔震结构隔震层变形过大的现象提出了曲面隔震结构体系,该结构隔震层为曲面布置,在地震和结构重力作用下,上部结构可绕曲率中心进行曲面运动。建立了非平整曲面隔震结构多质点计算分析模型,通过数值分析进一步研究非平整曲面隔震层的曲率半径对结构地震响应的影响规律。分析结果表明:在罕遇地震作用下,曲面隔震结构对隔震层及上部结构的位移控制效果显著,同时当曲率半径为10~15倍重心高度时具有良好的隔震效果。     

桩承式高速铁路路基的地震反应特性研究

桩承式路基在我国高铁路基中广泛应用,因此,论文建立地震荷载作用下轨道-路基-地基三维数值计算模型,研究地震荷载作用下桩承式路基的地震反应特性,分析桩径、桩长、桩间距、桩身弹性模量等计算参数对路基地震反应的影响,并与自由式路基的地震反应对比。自由式路基地震反应特性表明,地震荷载作用下水平x方向钢轨振动位移幅值最大,是z方向的5倍,路基坡脚处振动位移幅值是基床表层的25.2倍,轨道、路基频谱曲线主频单一,且主频范围为2.5～7.5 Hz;与自由式路基相比,桩承式路基对轨道水平方向位移幅值、加速度幅值有增大作用,但减小了轨道竖向位移幅值、加速度幅值;对路基各结构层位移幅值、加速度幅值都有明显减小作用。综合考虑,桩承式路基抗震性能最佳桩径为0.8 m,最佳桩长为8～10 m,最佳桩间距为2 m,最佳桩弹性模量为20 GPa。     

基础刚度对砖石古塔地震响应影响研究

以西安万寿寺塔纠偏工程为研究背景,分别建立增加圈梁、圈梁-地梁组合以及圈梁-地梁-托盘组合模型下的塔体与基础协同工作模型。采用时程分析法,对不同基础刚度条件下塔体的地震响应进行分析及评估,结果表明:(1)增大基础刚度的同时结构的地震位移响应将会被放大,但应力时程曲线的波动范围随之缩小、幅值减小;(2)增设圈梁时由于塔底三向受力,塔底应力将被放大;(3)进行基础完全托换能够大幅改善塔底在地震作用下的受力状态。在塔体加固维修时应综合考虑地震作用下塔体的位移放大效应与塔体应力分布的影响,选取合适的基础刚度。