近断层地震作用下设备-结构耦合隔震体系动力响应分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层脉冲型和非脉冲型地震波各50条,计算耦合隔震体系的动力响应。分析表明,近断层脉冲型地震动对耦合隔震体系的影响大于非脉冲型地震动,且对主体结构的影响大于对设备的影响;近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移、层间位移、楼层加速度、设备加速度和设备位移的平均响应分别达到非脉冲型地震作用的2.25倍、2.17倍、2.24倍、1.17倍和1.20倍。进行设备-结构耦合隔震体系设计时,需考虑近断层地震动脉冲作用的影响,同时需注意引起主体结构和设备最大响应的地震动不一定相同。     

基于随机振动理论确定桥梁地震碰撞的临界间隙

确定梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙,对于梁桥地震碰撞危险性预测及防地震碰撞措施的设计有着显著意义。本文基于随机振动理论建立梁桥地震碰撞邻跨临界间隙的计算方法,分析模型采用跨径不等的两跨简支梁桥,且考虑隔震支座非线性恢复力的影响。文中首先建立了系统的非线性运动方程;随后运用随机等效线性化理论将其线性化;最后在复模态空间推导了临界碰撞间隙的均值与方差的计算方法。人工地震动的非线性时程分析结果验证了本文算法的正确性。参数分析表明,临界间隙随邻跨长度比增大而增大,随支座屈服力与上部结构重量比值减小而增大,随隔震支座屈服位移增大而增大,随桥墩振动周期增大而增大。隔震支座屈服前后刚度比值对临界间隙大小影响很小。     

多维地震激励下某建筑结构隔震控制参数分析

研究了多维地震激励下具有不同隔震控制参数的结构的响应。运用SAP2000有限元软件,根据某个实际工程建立了有限元模型,并对结构进行了动力特性的分析。选取Ⅱ类场地上3条多维地震动,给出了隔震支座的有限元模拟过程。介绍了隔震支座基本参数的选取方法,根据选取的隔震支座,比较了结构有、无隔震支座时的周期。分别研究了多维地震动激励下结构有、无隔震支座的反应。研究结果表明:单维和多维地震激励下,结构的隔震响应不同,应该按照多维地震情况考虑;多维地震动的入射角对结构隔震响应的影响显著,不容忽视;多维地震动强度峰值比对结构隔震响应的影响很小,可以忽略不计。     

地震动速度脉冲对巨型结构体系地震响应影响研究

以巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系为研究对象,选择4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,采用数值分析方法分别计算在有、无速度脉冲的地震动激励下三种结构体系的地震响应,探讨地震动的速度脉冲对巨型结构体系在不同控制策略下地震响应的影响。研究结果表明:三种结构体系在速度脉冲型地震动作用下的地震响应大部分要大于无速度脉冲型的地震响应,近断层地震动的速度脉冲对巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系的地震响应均有一定的不利影响。智能隔震体系对速度脉冲地震动较为敏感,但能有效地减小隔震层位移。     

地震动强度指标与隔震等效SDOF体系远场长周期地震位移响应的相关性研究

以远场长周期地震记录为输入,以隔震等效双线性SDOF体系为研究对象,研究了长周期地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性。首先,从太平洋地震工程研究中心(PEER)选取50条远场长周期地震记录作为输入,采用双线性力-位移关系曲线描述隔震支座的力学特性,根据生产厂家提供的支座参数确定体系的屈重比和支座的刚度比;其次,运用MATLAB进行编程求解,得到了与各地震记录对应的地震强度指标值和体系的最大位移响应;然后,采用Pearson方法对各地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性进行了统计研究。研究结果表明,远场长周期地震作用下,隔震结构的最大位移响应与加速度型指标和速度型指标的相关性较好,而与位移型指标的相关性最差;建议在进行隔震结构的抗震性能研究时,根据隔震前周期T1的取值范围选取Ic或PGV作为地震强度指标。     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响。结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移角和延性系数明显增大;延长LRB隔震系统的隔震周期或选择最优的特征屈服强度比,均可显著降低上部结构的塑性变形程度,但LRB屈服位移的变化对隔震结构的响应几乎无影响;LRB隔震系统参数确定后,隔震结构上部结构的损伤状态主要与上部结构力学性能参数中的屈服强度比相关,增大上部结构的屈服强度比,可以显著降低上部结构的层间位移角和延性系数,但是隔震支座的平均最大剪应变会增大,可以选用橡胶剪切模量大或者直径大、第二形状系数小的LRB隔震支座。     

近断层区橡胶支座隔震结构限位研究

橡胶支座基础隔震结构遭遇近断层脉冲型地震动作用时,隔震层变形过大,需要限位。提出了软碰撞限位方案。按抗震规范设计橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层地震动记录,分析了限位主要参数预留距离、限位刚度和阻尼对隔震结构响应的影响。结果表明,预留距离增大,限位刚度需求增大,限位效果减弱;限位刚度增大,隔震层最大位移减小,上部结构层间最大位移增大;在一定范围内适当增大阻尼可减小隔震层最大位移与上部结构的层间最大位移。合理选用限位参数,可同时获得良好的限位与减震效果。提出了限位参数的优选方法。     

基于不同参数的基础隔震结构非线性概率密度演化

为了研究不同设计参数条件下基础隔震结构非线性响应的概率密度演化特征,采用两质点模型来模拟基础隔震结构,隔震层与上部结构分别采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型来描述其非线性特征,运用概率密度演化理论,进行隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析。采用基于物理的随机地震动模型生成人工地震动,提出基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析的基本步骤。通过改变基础隔震结构的设计参数,同时考虑激励的随机性,研究基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化规律。结果表明,基础隔震结构的阻尼比、周期比和屈重比取合理范围,能使隔震结构上部和下部的位移可控。     

某高层框架-剪力墙基础隔震结构地震响应分析

以某高层框架-剪力墙基础隔震建筑结构为研究对象,采用考虑隔震装置竖向拉、压刚度变化的弹塑性本构关系,以及上部混凝土框架-剪力墙结构采用弹性本构关系,建立非线性有限元分析模型,对模型结构进行动力时程分析,研究高层框架-剪力墙基础隔震结构的地震响应。分析结果表明:在设计地震作用下该隔震支座的非线性滞回特性符合支座设计基本要求,采用基础隔震技术后该高层结构的前几阶周期均有所延长,上部结构的加速度和层间位移角响应明显减少,隔震层能耗散部分的地震动输入能量,隔震技术能够有效降低高层框架-剪力墙结构的地震响应。     

近断层脉冲型地震动作用下隔震结构地震反应分析

隔震结构在远震场地减震效果良好，但是近断层地震动的明显的长周期速度和位移脉冲运动可能对隔震建筑等长周期结构的抗震性能和设计带来不利影响，需要深入探讨。本文首先讨论近断层地震动的长周期脉冲运动特征，然后以台湾集集地震8条典型近震记录和其它4条常用近震记录以及4条远震记录作为地震动输入，对两幢安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行非线性地震反应时程分析，通过比较探讨了算例计算结果，定量说明隔震结构的近震脉冲效应显著，是隔震设计不容忽视的问题。     

近断层双向水平地震作用下隔震结构地震反应

近断层地震动脉冲特性在2个水平分量上具有差异,采用平方和开方法分析了近断层脉冲地震动双向地震作用下基础隔震结构和组合隔震结构的隔震层位移,并与近断层脉冲单向地震作用进行了对比分析,结果表明:若仅地震动加速度峰值大的分量或2个方向分量均存在明显速度脉冲,则产生的隔震层位移大于单向地震动;若仅地震动加速度峰值小的分量存在明...     

近断层地震动作用下隔震结构的优化设计

首先讨论了近断层脉冲型地震动的特点,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录为地震动输入,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构的隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸进行一体化优化设计,然后输入E l Centro(1940)、Taft(1952)地震波对优化后的隔震结构进行地震反应分析。计算结果表明,对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。     

A vector-valued intensity measure for near-fault ground motions

Near-fault ground motions containing high energy and large amplitude velocity pulses may cause severe damage to structures. The most widely used intensity measure (IM) is the elastic spectral acceleration at the fundamental period of the structure (Sa(T₁)); however, Sa(T₁) is not a sufficient IM with respect to the effects of the pulse-like ground motions on structural response. For near-fault ground motions, including pulse-like and non–pulse-like time histories, we propose a vector-valued IM consisting of a new IM called instantaneous power (IP(T₁)) and the Sa(T₁). The IP(T₁) is defined as the maximum power of the bandpass-filtered velocity time series over a time interval of 0.5T₁. The IP(T₁) is period-dependent because the velocity time series is filtered over a period range (0.2T₁-3T₁). This allows the IP(T₁) to represent the power of the near-fault ground motions relevant to the response of the structure. Using two-dimensional models of the 2- and 9-story steel-frame buildings, we show that the proposed [Sa(T₁), IP(T₁)] vector IM gives more accurate estimates of the maximum inter-story drift and collapse capacity responses from near-fault ground motions than using the vector IM consisting of the Sa(T₁), the presence of the velocity pulse, and the period of the velocity pulse. Moreover, for the structures considered, for a given Sa(T₁), the IP(T₁) is more strongly correlated with structural damage from near-fault ground motions than the combination of the velocity pulse and pulse period.     

Evaluation of the damping modification factor for structures subjected to near-fault ground motions

The damping modification factor (DMF) has been extensively used in earthquake engineering to describe the variation of structural responses due to varied damping ratios. It is known that DMFs are dependent not only on structural dynamic properties but also on characteristics of ground motions. DMFs regulated in current seismic codes are generally developed based on far-fault ground motions and are inappropriately used in structural design where pulse-like near-fault ground motions are involved. In this paper, statistical investigation of the DMF is performed based on 50 carefully selected pulse-like near-fault ground motions. It is observed that DMFs for pulse-like ground motions exhibit significant dependence on the pulse period T _p in a specific period range. If the period of the structure in response is close to the pulse period, the DMF attains the same level as that derived from far-fault ground motions; as the period of the structure is considerably larger or smaller than the pulse period T _p , the response reduction effect by the increased damping ratio is generally small, except for large earthquakes with long pulse periods, which exhibit significant reduction of response for structures with periods smaller than T _p . Based on the statistical results of DMFs, the empirical formulas for estimating DMFs for displacement, velocity and acceleration spectra are proposed, the effect of structural period, pulse period and damping ratio are considered in the formulas, and the formulas are designed to satisfy the specific reliability requirement in the period range of 0.1 < T/T _p  < 1, which is of engineering interest.     

近断层地震动脉冲特性对设备-结构耦合隔震体系响应的影响

基于设备?结构耦合隔震体系模型,选取了50条近断层脉冲型地震波,以脉冲周期与结构基本周期比T_P/T＝1为分界线,分析了周期比和脉冲能量对结构响应的影响,并对穿零次数小于等于5的隔震层位移比与周期比和脉冲能量的关系进行了拟合。结果表明:脉冲特性对结构的影响主要与周期比T_P/T和脉冲能量有关,同时也需考虑速度脉冲对应的加速度曲线穿零次数的影响;此外,设备响应与顶层楼面加速度直接相关,与近断层地震动的脉冲特性则无明显相关性。      

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

Damping coefficients for soil–structure systems and evaluation of FEMA 440 subjected to pulse-like near-fault earthquakes

In this study, attempts are made to investigate the effects of inertial soil–structure interaction (SSI) on damping coefficients subjected to pulse-like near-fault ground motions. To this end, a suit of 91 pulse-like near-fault ground motions is adopted. The soil and superstructure are idealized employing cone model and single-degree-of-freedom (SDOF) oscillator, respectively. The results demonstrate that soil flexibility reduces and amplifies the damping coefficients for structural viscous damping levels higher and lower than 5%, respectively. The coefficients reach one for both acceleration and displacement responses in cases of dominant SSI effects. The effect of structure dimensions on damping confidents are found insignificant. Moreover, damping coefficients of displacement responses are higher than those of acceleration responses for both fixed-base and flexible-base systems. Evaluation of damping correction factor introduced by FEMA 440 shows its inefficiency to predict acceleration response of soil–structure systems under pulse-like near-fault ground motions. Soil flexibility makes the damping correction factor of moderate earthquakes more pronounced and a distinctive peak value is reported for cases with dominant SSI effects.     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。