框架填充墙的双弹簧斜撑模型

在总结大量已有研究文献的基础上,结合填充墙的破坏特点,提出了一种考虑填充墙作用影响的简化的框架结构有限元分析模型,该模型可以分别模拟墙体无洞口和有洞口的情况.通过进行精细有限元分析,给出了模型中关键参数的计算公式;考虑墙体开洞影响,给出了折减系数的计算方法.最后,结合实验结果对计算模型及参数的适用性进行了验证.     

墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析

为获取可靠的墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析结果,采用ABAQUS有限元分析软件构建房屋砖砌体结构墙体模型,设置合理的墙体模型参数和数值模拟参数;对比模拟数值与以往研究的测试值,证明所构建模型参数取值合理;将截取的峰值段江油地震波作为上述模型的地震动输入,根据测得的房屋砖砌体结构的力学变化数据,分析房屋砖砌体结构的地震易损性。分析结果表明:地震情况下,随着墙体开洞率的增加,墙体荷载能力下降、墙体水平承载力增长幅度降低、墙体相对刚度退化率增加;墙体开洞数量越多,房屋砖砌体结构侧向刚度下降越快。因此分析得出墙体开洞率大、墙体开洞数量多,房屋砖砌体结构的地震易损性越显著。     

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。     

考虑周期折减的结构弹性时程分析调整方法

针对结构弹性时程分析时无法考虑周期折减的问题展开研究,通过对比结构时程分析的过程中,地震波的选取是否考虑周期折减的差异,提出采用增大系数放大时程分析法输入地震波有效峰值加速度以及地震响应;考虑弹性时程分析过程中,周期折减对结构地震作用的增大效应。理论分析增大系数取值的影响因素,并基于单自由度体系对比两种调整方法的效果及差异,采用实际算例以验证所提出弹性时程分析中考虑周期折减调整方法的有效性。结果表明:增大系数的取值与周期折减系数、结构自振周期及场地特征周期等因素有关;对于单自由度体系,两种调整方法具有完全相同的调整效果;按文章提出方法考虑周期折减的算例结构,弹性时程分析所得各楼层地震剪力及层间位移角与考虑周期折减的反应谱(CQC)计算结果均较为接近。     

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。     

摩擦单摆支座等效摩擦系数数值仿真及试验研究

对摩擦单摆支座的主要参数等效摩擦系数进行了数值仿真及试验研究,为桥梁结构的减隔震设计提供了参考。数值仿真包括等效摩擦系数与滑动面和转动面的摩擦系数、竖向承载力及加载频率三者关系的研究,对比分析了模拟结果与试验结果。结果表明:当滑动面与转动面的摩擦系数为不同取值时,支座等效摩擦系数的模拟值略大于理论值,初步验证了支座等效摩擦系数理论公式的正确性;通过模拟结果与试验结果的对比分析,进一步验证了该理论公式的合理性。     

隔震立式储罐地震反应谱分析

基于反应谱理论,研究了的基底隔震储罐的地震响应问题.将储罐简化为三质点体系力学模型,罐内连续液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,并引入隔震刚度.与时程分析对比,验证反应谱法的适用性,分析隔震立式储罐的地震响应并研究主要参数对隔震储液罐地震响应的影响,主要考虑的参数有:(1)场地类别;(2)隔震周期;(3)高径比.结果表明:反应谱法计算隔震立式储罐地震响应是偏于安全的;随着场地类别和隔震周期的增大,基底剪力减震率逐渐降低,晃动波高变化不明显,隔震后,液动压力呈线性变化,液动压力随着场地类别和高径比的增大而增大,随着隔震周期的增大而减小;高径比存在一定的优化段,在优化段内,基底剪力减震率较大,隔震效果较好.     

基础隔震结构高宽比限值研究

根据结构变形特点,提出基于Timoshenko理论的基础隔震分布参数体系模型,推导隔震结构高宽比限值计算公式,分析各参数对隔震结构高宽比限值的影响规律。分析表明,隔震结构和非隔震结构基本周期比值在一定范围内变化时,剪力系数、弯矩系数与周期比呈稳定曲线关系;高宽比限值随结构宽度方向布置支座个数增加而降低;在隔震支座总面积确定时,选择大直径隔震支座大间距布置方式可提高隔震层变形能力及高宽比限值;高宽比限值受竖向地震作用影响较小,随竖向地震系数增大高宽比限值略有降低;降低隔震层刚度、增大隔震层阻尼可提高结构高宽比限值;容许支座出现拉应力可在一定程度上提高结构高宽比限值。最后结合20层框剪结构工程算例,验证隔震结构高宽比限值公式的有效性。     

SMA自复位隔震桥梁基于位移的抗震设计方法

本文针对隔震桥梁结构的抗震设计方法展开研究。首先对隔震桥梁结构进行模型简化,得到可用于设计的精简模型,并通过合理的构造设计,得到可实用的SMA隔震层;经过推导得到简化模型的等效延性和刚度;在非线性反应谱的基础上,建立直接基于位移的抗震设计方法;最后通过数值模拟分析对设计方法进行验证,结果显示在设计地震作用下,桥梁的地震反应与预期的设计指标相差很小,说明该位移设计方法具有较好的可靠性。     

基于损伤塑性模型的砌体墙体非线性有限元分析

为了研究砌体墙体用钢结构加固后的力学性能,需要提供较准确的砌体墙体非线性计算,考虑到砌体与混凝土的材料性质具有相似性,将混凝土损伤塑性模型经修正后应用于砌体数值模拟,实现对砌体墙体的非线性有限元分析。通过与水平加载试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。探讨了损伤塑性模型中的粘性系数、膨胀角、砌体本构关系中的初始弹性模量、受拉应力应变关系对计算结果的影响。结果表明：粘性系数和膨胀角对抗剪承载力、峰值位移及下降段性能均有较大影响,而对初始刚度影响很小;随着初始弹性模量的增大,砌体墙体抗剪承载力随之提高,但峰值位移无明显变化;受拉应力应变方程中待定系数的取值,对抗剪承载力及峰值位移影响较大。     

钢板剪力墙结构基本自振周期简化计算研究

本文针对钢板剪力墙结构自振周期缺乏研究的现状,将钢板剪力墙简化为Timoshenko梁,提出了考虑周边框架影响的钢板剪力墙等效抗剪刚度计算的方法,然后根据Southwell-Dunkerley理论,给出了钢板剪力墙结构基本自振周期的简化计算公式。然后,通过56个算例比较分析了本文公式计算结果与有限元计算结果发现:本文公式计算结果与有限元结果之比的平均值为1.015,标准差为0.049,说明本文公式具有足够的可靠性。接着,又对结构高度、均布质量、等效抗剪、抗弯刚度、钢板的高厚比、高宽比等参数进行了分析,分析结果表明:随着结构高度与均布质量开方的乘积增大,结构的基本自振周期增长;层数相同时,随着等效抗剪刚度、抗弯刚度的增大,周期有减小的趋势;层数相同时,随着钢板高厚比与高宽比乘积的增大,周期增长。     

高层隔震结构的等效简化模型研究

Kelly和周锡元等曾对规则型隔震结构上部单自由度模型进行过讨论，给出了必要的计算公式。对各种中低层规则型隔震建筑，应用此公式可获得满意的结果。近来隔震技术逐渐被应用到高层建筑中。对于高层隔震体系，上部结构的高阶振型效应不能忽略，此时应用单自由度模型将产生较大误差。为此，本文采用上部结构周期和总基底剪力相等的准则，推导了等效模型的结构参数公式，并通过数值模拟分析给出了等效模型简化确定方法。通过对原结构和等效模型结构的地震反应分析，证明了这种等效方法是简便有效的。     

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。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

新型三维隔震墩隔震单元参数设计研究

竖向地震作用对结构的影响不容忽视,如何有效的同时减小竖向与横向地震作用具有现实意义,三维隔震墩能够同时隔离水平及竖向地震作用,但其设计理论并不完善,如何确定合适的弹簧参数从而达到理想的水平与竖向隔震效果并不明确。本文推导了螺旋弹簧竖向刚度及考虑轴向荷载和水平荷载时弹簧的水平刚度公式,基于弹簧力学特性提出了隔震单元参数设计方法以及各参数取值范围。研究表明:弹簧自由长度与中径之比在[1.6 2.61]之间时弹簧不会发生失稳现象且弹簧水平刚度随竖向位移增大而减小;弹簧中径及自由高度越大、材料直径在满足强度的情况下隔震效果越好。本文对1栋8度设防的隔震结构进行隔震单元设计并进行时程分析,结果表明:竖向减震系数为0.6,水平减震系数小于0.4,隔震效果显著。     

单轴平扭耦联基础隔震结构动力简化分析

为了建立单轴平扭耦联基础隔震结构的动力简化分析方法,探讨了影响结构扭转反应的参数取值规律,首先基于层单元模型,通过假定上部结构楼层回转半径、偏心距、弹力半径相等,推导了单轴平扭耦联基础隔震结构线性化的动力计算方程;其次,运用该简化分析方程,通过一算例进行了动力响应的参数分析。结果表明:调整隔震层刚心使其与上部结构质心位置接近,可显著降低偏心隔震结构扭转反应;增大隔震层刚度半径及阻尼半径可有效减少或抑制结构扭转反应;所建简化分析方程能有效模拟偏心隔震结构动力响应。     

钢筋混凝土框架填充墙隔震建筑抗震性能影响因素分析

为探讨影响钢筋混凝土框架填充墙隔震建筑抗震性能的因素,以满布填充墙RC框架隔震结构为对象,基于Perform-3D软件,建立RC框架非隔震和隔震结构非线性分析模型,分析填充墙厚度、材料及砂浆强度等因素对隔震结构地震反应及减震控制效果的影响规律。结果表明:填充墙砂浆强度等级对隔震结构的影响不十分明显,而填充墙砌块材料和墙体厚度对隔震结构的影响十分显著。采用M7.5砂浆、24砖砌体填充墙对于减小隔震上部结构的地震反应、获得最优减震效果都很有利。此外,与传统隔震设计方法(纯框架、上部结构线性计算)得到的减震系数0.39相比,考虑上部结构非线性和填充墙的不同参数后,减震系数均有较大变化(0.45至0.67变化),说明现有隔震设计方法得到的减震系数偏小,按此设计上部结构会使其偏于不安全,隔震设计应考虑上部结构非线性和填充墙的影响。     

砖石古塔基本周期的简化计算方法

古塔的自振周期是古塔损伤程度评价和抗震分析的重要参数。本文依据结构动力学基本理论和古塔动力特性实测数据,以砌体的材料性能、塔身厚度、塔身截面形状、塔身开洞率等关键参数为指标,通过古塔基本周期的理论分析和计算机模拟,提出了基于弯曲悬臂杆模型的四系数简化计算公式。按照该公式对14座典型砖石古塔的基本周期进行了计算,并与现场实测值做了对比,表明该公式计算精度满足工程要求,可用于多种类型砖石古塔的动力特性估算。     

软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数研究

依据建筑抗震设计规范反应谱曲线,同时考虑SSI效应对隔震结构及非隔震结构水平地震作用的影响,建立了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数的简化算法。在此基础上给出了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构计算流程,深入研究了考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数在不同影响参数下的变化规律。通过参数研究发现:软弱场地条件下多层隔震结构考虑SSI效应的的水平向减震系数随波速参数、周期比和高宽比的增大而增大,相应的隔震效果越差;而软弱场地条件下高层隔震结构在达到一定的周期比时,考虑SSI效应的水平向减震系数随波速参数的增大而增大,但增幅较小,考虑SSI效应的水平向减震系数随高宽比的增大而减小。研究表明:软弱场地条件下隔震结构经过合理的设计,水平向减震系数可达到预期值,隔震结构能取得较理想的隔震效果。     

隔震支座非线性特性的数值模拟

对隔震支座进行精细的数值仿真是准确模拟隔震支座力学特性的基础。在确定天然橡胶本构模型参数的基础上,采用有限元软件建立了不同形状系数的隔震支座模型,并对支座施加竖向荷载和水平循环往复位移荷载情形进行了动力特性分析。分析结果表明,铅芯橡胶隔震支座的水平刚度随轴压应力的增大而降低,但是变化幅度不大,而水平刚度随第一、第二形状系数的增大而提高。结果还表明隔震支座的力学特性可以采用数值方法进行准确模拟。