某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究。首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后.对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果。结果表明,采用消能减震装置能有效降低复杂结构的地震响应,且并不改变结构体型;同等减震效果前提下,采用人字形支撑比采用斜撑更为经济。本文工作可供类似的大型复杂结构减震设计参考和借鉴。     

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。     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

基于位移的RC框架结构与附加消能减震装置一体化设计

消能减震结构中主体结构和附加消能减震装置通常是单独设计的,由于主体结构和附加消能减震装置之间的耦合特性,为实现期望的性能目标需要进行迭代计算。本文提出一种基于位移的主体结构与附加消能减震装置一体化设计方法,首先,基于所选地震动记录和预期性能目标,得出结构阻尼比需求曲面;其次,推导了阻尼器-支撑部件参数计算公式,在已知主体结构基本信息及预期性能目标时,根据阻尼比需求曲面及所提出公式即可获得所需附加消能减震装置的支撑刚度及粘滞系数;再次,引入无量纲成本指数,以成本指数最小为目标函数,在可实现目标性能的附加消能减震装置参数中识别最优设计参数;最后,基于所提出的设计方法,分别以等效SDOF体系、MDOF体系及SAP2000设计的6层RC框架结构为例,对所提出的设计方法的有效性进行了验证,结果表明:经一体化设计的结构体系均可实现性能目标。     

考虑SSI效应的设圈梁构造柱农村民居振动台试验研究

将参数化建模的方法引入减震结构的分析与设计中,通过预设目标和迭代优化计算,以天水市某高层住宅消能减震结构为例,寻找最优的阻尼器布置方案。为评估和验证该消能减震结构的抗震性能,分别采用Perform 3D和ETABS等软件分析结构在多遇和罕遇地震作用下的结构响应,分析结果表明：小震作用下,消能减震结构的楼层位移、层间位移角、楼层弯矩及楼层剪力均减小6.5%以上,达到了设计要求;大震作用下,结构框架柱、框架梁、剪力墙和阻尼器能够满足既定的性能要求,层间位移角满足规范限值,能够达到“大震不倒”的设计目标,研究结果为实际工程预设减震目标和阻尼器优化布置提供参考。     

体育场震后修复再建中混凝土结构消能减震设计研究

以往是用高层建筑防屈曲支撑的混凝土减震加固方法,以加固震后体育场混凝土结构的防屈曲支撑力为重点,存在的问题是未考虑结构不同部位节点的防屈曲消能减震支撑性能,加固效果差,需要深入研究混凝土结构建筑加固措施,提高震后体育场修复质量。研究采用基于性能和需求的消能减震设计方法,合理布置混凝土的消能支撑结构,在混凝土结构中底层节点设置防屈曲消能减震支撑,其他节点设置黏滞阻尼器,获取最佳阻尼器设置方案,提高结构减震加固效果。仿真实验说明,EL-Centro(NS)地震波和Newhall地震波情况下,所研究方法设计的消能减震新结构平均顶点侧移值分别比原结构小62 mm和110 mm;在不同震级的情况下,节点间位移角新结构小于原结构,说明该方法设计的体育场修复中混凝土结构减震稳定性强,是一种有效的减震加固方法。     

不同目标函数下的金属阻尼器优化布置研究

针对不同目标函数下的金属阻尼器优化布置,在框架结构中分别以层间位移角和层间位移为目标函数,采用逐层布置法和位置参数法两种优化方法进行消能减震分析,对比不同目标函数下的金属阻尼器消能减震效果。结果表明:在相同阻尼器数量下,两种优化方法的减震效果相差不大,结构中的金属阻尼器的滞回曲线比较饱满,消能减震效果较好。     

消能减震技术研究应用进展侧述

围绕第16届世界地震工程大会(16WCEE)所发表的关于消能减震技术研究和应用的重要成果,本文对调谐质量阻尼器TMD、屈曲约束支撑BRB、黏滞阻尼器以及其它相关类型消能减震技术的最新进展进行了梳理。从调谐质量阻尼器TMD的有效性评估及其设计应用所面临的问题与改进方法,屈曲约束支撑的连接构件性能、优化及其研发和应用,黏滞阻尼器应用中的构件性能提升方法、空间优化布置方法以及性能评估方法,以及磁流变阻尼器等其它消能减震技术的发展等4个方面分别作了概括性评述和展望,提出了有待进一步研究的若干问题。     

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.     

采用不同轨道形状的轨道非线性能量阱减震性能研究

非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,简称NES)是一种被动的结构控制装置,具有较强的频率鲁棒性,能够在主体结构频率发生变化后依然保持较高的减振性能。轨道非线性能量阱(Track Nonlinear Energy Sink,简称轨道NES)通过附加质量块沿特殊设计的轨道运动产生非线性回复力,降低主体结构响应。经脉冲荷载优化得到的轨道NES在脉冲荷载作用下展现出优越的减振性能,但其地震响应控制性能尚待提高。对地震作用下轨道NES参数进行优化并分析轨道形状函数对其减震性能的影响,结果表明:使用轨道NES进行减震控制宜采用三阶多项式轨道形状函数。     

Seismic retrofitting of reinforced concrete frame structures using GFRP-tube-confined-concrete composite braces

This paper presents a new type of structural bracing intended for seismic retrofitting use in framed structures. This special composite brace,termed glass-fiber-reinforced-polymer(GFRP)-tube-confined-concrete composite brace,is comprised of concrete confined by a GFRP tube and an inner steel core for energy dissipation.Together with a contribution from the GFRP-tube confined concrete,the composite brace shows a substantially increased stiffness to control story drift, which is often a preferred feature in seismic retrofitting.An analysis model is established and implemented in a general finite element analysis program-OpenSees,for simulating the load-displacement behavior of the composite brace.Using this model,a parametric study of the hysteretic behavior(energy dissipation,stiffness,ductility and strength)of the composite brace was conducted under static cyclic loading and it was found that the area ratio of steel core to concrete has the greatest influence among all the parameters considered.To demonstrate the application of the composite brace in seismic retrofitting, a three-story nonductile reinforced concrete(RC)frame structure was retrofitted with the composite braces.Pushover analysis and nonlinear time-history analyses of the retrofitted RC frame structure was performed by employing a suite of 20 strong ground motion earthquake records.The analysis results show that the composite braces can effectively reduce the peak seismic responses of the RC frame structure without significantly increasing the base shear demand.     

带耗能腋撑竖向不规则短肢剪力墙结构减震性能分析

在不影响建筑使用空间前提下,提出在抗侧构件不连续处设置耗能腋撑以改善竖向不规则结构抗震性能。以底部大空间短肢剪力墙结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS研究耗能器类型与场地土对耗能腋撑工作性能和竖向不规则结构受力性能的影响。研究表明,黏滞型耗能腋撑对文中分析模型各楼层地震反应有较好的控制效果,对转换层处层间位移角与层剪力最大值减幅最大,分别为40.14%和15.66%,对顶层加速度与基底剪力峰值的最大减幅分别为16.06%和23.57%,黏滞型耗能腋撑最大能耗散输入结构能量的42%,而黏弹型耗能腋撑对结构的控制效果不理想;当地震震级较大、震中距较小时,耗能腋撑对坚硬与软弱场地土的模型结构控制作用相差不大,减震位移比在转换层处达到最小值0.76;随着震级减小或震中距增大,耗能腋撑对该模型结构的控制作用随场地土变硬而逐渐增强,其减震位移比介于0.68～0.74之间。     

运用防屈曲支撑的混凝土框架结构的抗震性能研究

简要介绍地震安全社区的实现途径以及防屈曲支撑的构成和性能参数。运用ABAQUS软件对有无安装防屈曲支撑的钢筋混凝土框架模型进行动力时程分析,总结分析防屈曲支撑对钢筋混凝土框架结构的减震效果。结果表明,防屈曲支撑能大大降低钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下的层间位移角,提高建筑物抗震性能,使地震安全社区中抗震设防烈度为Ⅶ度的建筑物能够抵御Ⅷ度罕遇地震。     

基于能量方法设计的RC框架结构易损性分析

基于“强柱弱梁”的屈服机制,依据能量平衡方法设计了某6层RC框架结构,采用震级-震中距条带地震动记录选取方法,选取12条随机地震动,利用Perform-3D有限元分析软件对结构进行增量动力（IDA）分析,得到了结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线以及结构破坏概率矩阵。分析结果表明:该方法设计的结构能够形成预设的“强柱弱梁”屈服机制,可以保证结构中梁充分参与耗能,同时结构具有较强的抗倒塌能力,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能要求。     

Self-centering seismic retrofit scheme for reinforced concrete frame structures: SDOF system study

This paper presents the results of a parametric study of self-centering seismic retrofit schemes for reinforced concrete (RC) frame buildings. The self-centering retrofit system features flag-shaped hysteresis and minimal residual deformation. For comparison purpose,an alternate seismic retrofit scheme that uses a bilinear-hysteresis retrofit system such as buckling-restrained braces (BRB) is also considered in this paper. The parametric study was carried out in a single-degree-of-freedom (SDOF) system framework since a multi-story building structure may be idealized as an equivalent SDOF system and investigation of the performance of this equivalent SDOF system can provide insight into the seismic response of the multi-story building. A peak-oriented hysteresis model which can consider the strength and stiffness degradation is used to describe the hysteretic behavior of RC structures. The parametric study involves two key parameters -the strength ratio and elastic stiffness ratio between the seismic retrofit system and the original RC frame. An ensemble of 172 earthquake ground motion records scaled to the design basis earthquake in California with a probability of exceedance of 10% in 50 years was constructed for the simulation-based parametric study. The effectiveness of the two seismic retrofit schemes considered in this study is evaluated in terms of peak displacement ratio,peak acceleration ratio,energy dissipation demand ratio and residual displacement ratio between the SDOF systems with and without retrofit. It is found from this parametric study that RC structures retrofitted with the self-centering retrofit scheme (SCRS) can achieve a seismic performance level comparable to the bilinear-hysteresis retrofit scheme (BHRS) in terms of peak displacement and energy dissipation demand ratio while having negligible residual displacement after earthquake.     

近断层地震作用下多层RC框架火灾后抗震性能分析

为研究近断层地震动特性对火灾后多层RC框架抗震性能的影响,以火灾后某多层RC框架结构为研究对象,结合火灾后现场材料的检测与鉴定报告,开展了结构火灾前后在近场有脉冲和无脉冲地震作用下的结构动力弹塑性时程分析,对比分析了近场有脉冲和无脉冲地震动特性对火灾前后RC框架结构整体的抗震性能的影响。研究结果表明:火灾后,整体结构地震响应明显大于火灾前,火灾后结构底层层间位移角在脉冲型地震和无脉冲地震作用下分别达到火灾前的1.44和1.54倍;近场脉冲型地震作用下结构响应明显大于无脉冲地震,罕遇地震作用下,近场脉冲型地震工况下的底部层间位移角相较于无脉冲地震工况增加了96.0%,火灾后更是增加了118.0%。研究成果可为多层RC框架火灾后安全性评估和加固设计提供参考。     

考虑轨道约束的连续梁拱桥地震反应及减震控制研究

以一座大跨度单线铁路连续梁拱桥为背景,建立了考虑轨道约束和相邻构件碰撞效应的动力分析模型;通过输入40组水平双向地震动记录进行非线性时程分析,探究轨道约束和拱肋对桥梁地震响应的影响,采用"减震榫-拉索限位器"与"自恢复耗能支撑(SCEDB)-屈曲约束支撑(BRB)"控制水平向地震反应,并对比两种组合减震控制系统的减震效...     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

Retrofit of reinforced concrete frames with buckling‐restrained braces

Damage to buildings observed in recent earthquakes suggests that many old reinforced concrete structures may be vulnerable to the effects of severe earthquakes. One suitable seismic retrofit solution is the installation of steel braces to increase the strength and ductility of a building. Steel bracings have some compelling advantages such as their comparatively low weight, their suitability for prefabrication, and the possibility of openings for utilities, access, and light. The braces are typically connected to steel frames that are fixed to the concrete structure using post‐installed concrete anchors along the perimeter. However, these framed steel braces are not without some disadvantages such as heavier steel usage and greater difficulties during the installation. Therefore, braces without steel frames appear to be an attractive alternative. In this study, braces were connected to gussets furnished with anchor brackets, which were fixed by means of a few post‐installed concrete anchors. The clear structural system and the increased utilization of the anchors allowed the anchorage to be designed precisely and economically. The use of buckling‐restrained braces (BRBs) provides additional benefits in comparison with conventional braces. BRBs improve the energy dissipation efficiency and allow the limitation of the brace force to be taken up by the highly stressed anchorage. Cyclic loading tests were conducted to investigate the seismic performance of BRBs connected with post‐installed anchors used to retrofit reinforced concrete frames. The tests showed that the proposed design method is feasible and increases strength as well as ductility to an adequate seismic performance level. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.