大连湾海底沉管隧道南岸段及风塔结构抗震分析

为研究大连湾海底沉管隧道南岸段及风塔结构在地震作用下的内力规律及弹塑性阶段的损伤破坏特点,建立沉管-厂房-风塔三维精细化模型,采用ABAQUS自带的混凝土损伤本构模型,通过振型分解反应谱法及时程分析法开展两种地震工况下结构的地震响应分析。结果表明：(1)在设防地震作用下,X向和Y向位移最大值分别为1.11 mm和5.56 mm,均出现在结构通风塔顶端;(2)X方向和Y方向的振型参与质量系数分别为90.52%和92.07%,均满足抗震规范要求,且沉管隧道两车道连接部位的弯矩最大,为5 069 kN·m;(3)在罕遇地震下,结构最大层间位移角为1/2 798,结构的损伤最大值均发生地震波峰值时刻;由损伤情况可以看出,结构的混凝土均未出现压坏的现象,最大拉伸损伤系数为0.893～0.94,出现的部位为新风道及新风机房的顶板。因此,需要在沉管隧道两车道连接部位增强抗弯能力,在新风道及新风机房的顶板部位增加配筋,以增强抗拉能力。     

无筋砌体农居地震弹塑性有限元研究

利用ABAQUS软件对既有的砌体墙试验结果进行了数值模拟,验证了模型的正确性以及混凝土损伤塑性模型对模拟砌体结构受力性能的可用性。在此基础上,借助实地调查获得的结构参数和材料性能数据,以重庆典型农居建筑为例,建立了无筋砌体农居的三维有限元模型,对数值模型进行了动力特性分析和不同烈度下多遇及罕遇地震的动力弹塑性时程分析,并建议了无筋砌体结构农居在不同地震烈度破坏下墙体表面积受拉损伤率的临界值。最后,利用既有文献提出的层间位移角限值,分析了该农居的破坏程度,比较了墙体表面积受拉损伤率和层间位移角限值衡量砌体结构的破坏程度。分析结果表明:提出的墙体表面积受拉损伤率和层间位移角限值衡量砌体结构破坏程度吻合良好;当墙体表面积受拉损伤率小于1%时,结构轻微破坏;当位于1%~5%时,发生中等程度破坏;当位于5%~30%时,发生严重破坏;当大于30%时,结构倒塌。     

钢筋混凝土平面框架结构拟动力有限元分析

采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应。在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的应力-应变。结果表明:小震、中震作用下,平面框架结构基本处于弹性阶段,大震作用时进入塑性阶段;地震往复作用使梁柱节点处混凝土比柱底更容易压碎,1层梁比2层梁更容易破坏;梁的塑性耗能占比远远大于柱,该框架为典型的"强柱弱梁"结构体系;采用的建模分析方法能有效反映结构的损伤过程,可方便地用于实际工程的抗震性能评估。     

地震作用下钢筋混凝土柱变形与损伤研究

为量化地震作用下钢筋混凝土（RC）柱损伤情况和变形,并将不同地震破坏状态下RC柱损伤和变形进行分析。从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中收集91组RC柱抗震试验数据,选取4种广泛应用的构件损伤模型进行计算,将损伤发展曲线与层间位移角发展曲线进行对比分析。对RC柱损伤指标限值进行归一化处理,统计分析后得到不同破坏等级下的位移角限值,并给出了RC柱各破坏等级下的位移角限值与损伤指标限值对应关系。研究结果表明,牛荻涛损伤模型可更准确地评价地震作用下结构构件损伤程度,且与层间位移角发展曲线均呈近似线性增长趋势;不同破坏等级下的位移角限值验算保证率均＞80%,表明本文提出的位移角限值具有一定合理性。     

城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析

以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能。利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性。基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00mm,位移角最大值为1/20831/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82mm,位移角最大值为1/11451/250,总体上满足结构变形要求。研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑。     

沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究

为了研究穿越纵向非均匀场地的沉管隧道地震反应规律,进行了沉管隧道穿越砂土-黏土场地和均匀砂土场地两种工况的振动台试验。沉管隧道模型材料主要为微粒混凝土和镀锌钢丝,接头材料为橡胶,模型缩尺比为1/30,采用层叠剪切箱装填黏土和砂土构成纵向非均匀场地,输入荷载为不同峰值的El Centro波和Kobe波。采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究在不同性质土层中的沉管隧道地震反应的特点,分析纵向非均匀场地对于沉管隧道地震反应的影响。试验结果表明砂土和黏土不同的动力特性会导致沉管隧道地震反应各异:穿越非均匀场地沉管隧道加速度反应、应变反应和管节间相对位移反应明显异于均匀场地沉管隧道,且在输入不同峰值的地震波下呈现不同规律。试验结果可供沉管隧道抗震设计参考。     

隔震剪力墙结构的有害层间位移角研究

以矩形分布荷载模式的隔震悬臂铁木辛柯梁模型推导了隔震结构有害层间位移角及名义层间位移角的计算公式;通过某高层隔震剪力墙结构算例对其有害层间位移和无害层间侧移的分布规律进行研究,分别采用名义层间位移角和有害层间位移角对隔震结构进行优化控制设计,对比了两种设计方案的用钢量指标并通过大震非线性动力时程分析对两种设计方案上部结构的塑性损伤演化规律进行研究。研究表明:隔震剪力墙结构的最大名义层间位移和最大有害层间位移并不是出现在同一个楼层;以有害层间位移角作为目标函数的优化设计方案比原结构方案更具有经济性;罕遇地震作用下,整个上部结构的损伤分布较为均匀,这对于隔震结构的安全性是非常有利的。     

多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构振动台试验研究

验证研究新型多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构的震损和反应特点。制作9层1/40的缩尺模型进行振动台测试,调查结构的震损特点、动力特性和地震反应。结果表明:震损出现在楼板与钢管混凝土柱、核心筒以及钢梁连接处的楼板上,震损破坏为变形引起的连接构造破坏和结构性破坏;自振周期随震损增加而增大,动力放大效应减小,侧向变形和层间位移显著增大;结构平均最大层间位移角超过规范框架-核心筒结构不倒塌限值的4.08倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;相对于超高层结构,多层结构的剪重比显著增大,未出现因倾覆力矩过大而导致核心筒破坏的情况,较大层间位移角与损伤破坏的相关性提高。     

高层建筑桁架转换层地震反应线性分析方法研究

为探究高层建筑桁架转换层地震作用下的动力反应情况,采用SAP2000程序中平面壳单元和杆系单元对高层建筑桁架转换层进行有限元建模,采用模态分析法和地震反应谱分析法对高层建筑桁架转换层结构进行地震反应分析,结果表明:高层建筑中桁架转换层前8阶振型对自振周期影响较大,分析高层建筑桁架转换层地震作用反应时,主要采用前8阶振型振型,且桁架转换层及其上、下层间容易出现层间位移角突变现象,桁架转换层极易发生位移集中,是高层建筑的脆弱部分,应加强高层建筑桁架转换层设计,提升建筑安全性。     

附加位移放大型阻尼墙的高层钢结构地震易损性分析

对普通阻尼墙(VDW)和位移放大型黏滞阻尼墙(ADW)进行了理论分析,通过模型装置的力学性能试验研究,对比2种阻尼墙在不同位移幅值下的耗能能力,试验表明ADW的滞回曲线更为饱满,并验证了ADW的理论模型和高效的耗能能力。建立20层钢框架结构模型,选取近场和远场地震动各16条,以层间位移角作为损伤指标,分别对无控结构、附加VDW和ADW结构进行动力时程分析,基于增量动力分析方法得到结构易损性曲线。结果表明：相比于无控结构和VDW结构,ADW减震结构达到各级破坏状态的超越概率显著下降;近场波对结构损伤的概率高于远场波,而ADW结构在近场波和远场波作用下的抗震性能均大幅提高;ADW结构在罕遇地震下梁柱的塑性状态等级和损伤数量明显减少,可有效地控制结构的地震响应。     

强震作用下机场高耸塔台结构抗震性能分析

为提升强震作用下机场高耸塔台结构的抗震性能及安全,采用非线性时程分析方法研究高耸塔台结构的强震损伤分布规律;基于性能化抗震设计方法确定塔台关键构件抗震性能水准,对高耸塔台结构进行性能化抗震设计和损伤控制;最后分析了竖向地震对高耸塔台结构强震损伤的影响.分析得到,采用多遇地震设计的塔台结构,在罕遇地震作用下塔台结构层间位...     

银川海宝塔动力特性测试及抗震性能分析

为了给银川市海宝塔的修缮保护工作提供参考依据,对其动力特性及结构损伤状况开展测试和数值模拟分析。首先对海宝塔的材料强度进行测试和计算,得出塔砌体的抗压强度及弹性模量;然后对该塔进行环境激励作用下的振动响应测试,得到塔东西和南北方向的1阶频率;最后建立数值模型并分析其模态与抗震性能,得到海宝塔的动力特性与地震作用下塔体各层的层间位移角,并基于砖石古塔破坏状态位移准则以及损伤指标开展损伤分析。结果表明：海宝塔东西方向和南北方向的1阶频率较为接近,但不同楼层的振动频谱曲线差异较大,尤其是峰值点数量;楼层越高,最大位移和层间位移角越大,受损也越严重;结构总体刚度退化较为严重,存在较大安全隐患,需进一步开展深入分析并采取保护措施。     

大底盘双塔结构风振控制研究分析

大底盘多塔超过一定高度时属于复杂超高限结构,这类结构风工程研究多涉及风洞试验或理论研究,过程复杂且应用局限。以宁夏悦海新天地为工程背景,在ETABS建立悦海新天地双塔模型为风控对象。在空间相关性基础上,以自回归过滤技术模拟10a、50a和100a重现期风压下随机脉动风载。由相关资料确定研究对象最不利风向角,在该风向角下动力输入模拟脉动风载。对双塔结构分塔定义,输出T1和T2两个方向风振响应。结合工程提出在设备层布设5种不同黏滞阻尼器位移增效机构,确定最优安装形式。并对比在设备层以最优安装形式布设黏滞阻尼器位移增效机构、顶层布设多调谐质量阻尼器和混合控制法的减振效果。结果表明:3种风振控制措施均有效衰减结构风致振动,其中混合控制法为优控方案。     

Seismic analysis of a tall metal wind turbine support tower with realistic geometric imperfections

The global growth in wind energy suggests that wind farms will increasingly be deployed in seismically active regions, with large arrays of similarly designed structures potentially at risk of simultaneous failure under a major earthquake. Wind turbine support towers are often constructed as thin‐walled metal shell structures, well known for their imperfection sensitivity, and are susceptible to sudden buckling failure under compressive axial loading. This study presents a comprehensive analysis of the seismic response of a 1.5‐MW wind turbine steel support tower modelled as a near‐cylindrical shell structure with realistic axisymmetric weld depression imperfections. A selection of 20 representative earthquake ground motion records, 10 ‘near‐fault’ and 10 ‘far‐field’, was applied and the aggregate seismic response explored using lateral drifts and total plastic energy dissipation during the earthquake as structural demand parameters. The tower was found to exhibit high stiffness, although global collapse may occur soon after the elastic limit is exceeded through the development of a highly unstable plastic hinge under seismic excitations. Realistic imperfections were found to have a significant effect on the intensities of ground accelerations at which damage initiates and on the failure location, but only a small effect on the vibration properties and the response prior to damage. Including vertical accelerations similarly had a limited effect on the elastic response, but potentially shifts the location of the plastic hinge to a more slender and, therefore, weaker part of the tower. The aggregate response was found to be significantly more damaging under near‐fault earthquakes with pulse‐like effects and large vertical accelerations than far‐field earthquakes without these aspects. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

地裂缝场地结构抗震设防避让距离研究

以西安地铁二号线沿线地质勘查资料为基础,借助ABAQUS有限元软件建立地裂缝场地与结构共同作用模型,将结构分别置于距地裂缝不同距离的位置,并施加El-Centro地震波,通过比较不同位置结构的层间位移角、框架柱剪力的变化情况,研究近地裂缝结构在地震作用下的工作特性,找出不同避让距离下的结构动力响应变化规律,并与地表峰值加速度的变化规律进行对比分析,为地裂缝场地结构的避让距离选取提供参考。结果表明:上盘结构层间位移角放大幅度为30%~41%,而下盘结构层间位移角放大幅度为18%~22%,上盘结构的破坏程度远大于下盘结构。随避让距离的增大,地表加速度峰值逐渐减小,结构破坏情况相应减弱,但地表峰值加速度表现出现较为平缓的线性下降,而其上部结构的峰值位移曲线则出现大幅度的下降,甚至在近地裂缝处产生突变,其最大层间位移角放大幅度由41%降为21%,地表加速度峰值的变化并不能完全反映出近地裂缝结构的动力响应规律。位于地裂缝场地的结构动力时程响应规律明显区别于普通场地上的结构,对位于地裂缝场地的结构进行抗震设计时应对水平地震影响系数最大值αmax进行调整。     

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。     

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明：随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻;同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重;采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数;基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。     

考虑初始倾斜的风机塔近场抗震可靠度分析

为研究初始倾斜对风机塔结构动力可靠度的影响,利用高精度免棱镜全站仪实测某2 MW风力发电塔缩尺模型的初始倾斜缺陷,并通过ABAQUS软件分别建立倾斜以及无倾斜的有限元模型,开展结构在八度多遇近场随机地震动作用下的动力反应分析,随之采用Kriging插值模型结合子集模拟方法,计算两类模型在首次超越破坏准则下的抗震可靠度。研究结果表明：初始倾斜缺陷放大了结构塔顶侧移响应,在均值意义上,初始倾斜缺陷使得该风机塔缩尺模型的塔顶侧移增幅达7.8%;当侧移阈值达到6 mm时,所述两类模型的可靠度均接近于1,当设计阈值超过此数值时,模型初始倾斜带来的不利影响可忽略不计,而当设计阈值不足时,结构安全水准会因初始倾斜的存在而明显降低。因此,在风机塔可靠性设计中,建议对初始倾斜缺陷带来的可靠度下降这一因素加以考虑。     

A study on the seismic performance of steel‐reinforced concrete frame‐concrete core wall high‐rise mixed structure by large‐scale shaking table tests and numerical simulations

This paper reports a study for the seismic performance of one large‐scaled (1/15) model of 30‐story steel‐reinforced concrete frame‐concrete core wall mixed structure. The study was implemented by both shaking table tests, in which the similarity ratio for lateral and gravitational accelerations was kept to 1:1, and numerical nonlinear dynamic analysis. The test observations presented herein include story displacement, interstory drift, natural vibration periods, and final failure mode. The numerical analysis was performed to simulate the shaking table test procedure, and the numerically obtained responses were verified by the test results. On the basis of the numerical results, the progressions of structural stiffness, base shear, and overturning moment were investigated, and the distributions of base shear and overturning moment between frame and core wall were also discussed. The test demonstrates the seismic performance of the steel‐reinforced concrete frame‐core wall mixed structure and reveals the potential overturning failure mode for high rise structures. The nonlinear analysis results indicate that the peripheral frames could take more shear forces after core wall damaged under severe earthquakes. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.