采动区建筑物抗震、抗变形双重保护作用机理分析

采动区建筑物保护是一个涉及采矿工程、结构工程、防灾减灾工程等多学科的综合性、交叉性问题,采动区建筑物的变形损坏是由于采空区上的土层变形与建筑的基础变形不协调,从而产生附加应力而引起的建筑物倾斜、出现裂缝等一系列问题。由于受到采动区地质条件的物理力学的性质以及煤炭的开采方法、开采面积等开采因素的影响,加之建筑物的结构型式、结构的强度刚度、基础的稳定性、地基的承载能力以及建筑物在采动区的位置等因素的存在,很难按照经典的数学模型和力学计算理论进行统一度量并加以分析研究。本文采用AN SY S有限元结构分析软件,对采动区地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用机理进行分析,将采动区建筑物抗震设计和开采沉陷的抗变形设计结合起来进行分析研究,提出了采动区建筑物抗震抗变形双重保护的具体措施,发展和补充了采动区建筑结构抗震抗变形控制理论,不仅能够合理地解决地上建筑物保护与地下开采的矛盾,同时也为采动区已有建筑的加固防护、减少采动区建筑物的损害破坏以及新建建筑的结构设计提供理论依据和技术支持。     

竖向地震动对滑动摩擦隔震桥梁结构地震反应的影响

利用接触摩擦单元建立了滑动摩擦隔震桥梁支座在竖向地震动作用下的有限元模型,通过算例讨论了竖向地震动对不同支座摩擦系数和不同刚度(墩径)滑动摩擦隔震桥梁地震反应的影响,初步探讨了竖向地震动的激励方向对分析结果的影响,分析结果表明,竖向地震动对滑动摩擦隔震桥梁结构的地震反应有较大的影响,在竖向地震动较为明显地区的滑动摩擦隔震桥梁结构设计时,应予以考虑。     

地震作用下煤矿开采损伤建筑的能量耗散演化致灾分析

基于耗散结构理论,从能量理论角度对煤矿开采区建筑物的动力破坏过程进行了系统的定量分析。提出了建筑物能量耗散的理论判据,研究了地震作用下煤矿开采区建筑的损伤演化灾变过程。根据结构动力学理论,建立了煤矿开采区建筑物在地震作用下的能量演化平衡方程,定量分析了地震作用下煤矿开采区建筑物系统中耗散能量的变化过程。结果表明:在开采沉陷和地震联合作用下,建筑物与外界产生更多的有害的能量交换,进而产生更多的塑性损伤变形,结构阻尼耗能降低;根据建筑物能量耗散演化趋势应建立合适的抗开采沉陷变形隔震保护新体系,为我国矿区建筑物保护提供借鉴意义。     

煤矿采动与地震联合作用下建筑物损伤演化致灾分析

针对煤矿采动区建筑物的地震损伤演化过程尚不明晰的问题,考虑到煤矿采动与地震联合成灾机制的复杂性,基于损伤力学理论,采用地震工程学和开采学理论,建立煤矿采动损害影响下的建筑物动力损伤判据,探讨煤矿采动与地震联合作用下建筑物损伤演化灾变过程,通过有限数值计算分析煤矿采动建筑物地震动力破坏的损伤成灾机制。结果表明:"联合作用"能够更好的描述煤矿采动与地震对建筑的破坏作用,煤矿采动损害影响下建筑物的次生损伤与其应力成反比,煤矿采动加剧了建筑的地震动力响应,所产生的次生损伤不断发展演化,导致建筑物的薄弱层位置形成塑性铰,严重削弱了建筑物的抗震性能。     

球面网壳结构的分段式多维隔震控制

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高网壳结构的抗震性能,可采用支座型隔震装置形成分段式多维隔震机制。在这类多维隔震体系中,碟形弹簧支座可用于结构的竖向隔震,同时,可将其与适用于水平隔震的摩擦摆(FPS)或SMA-橡胶支座配合使用。基于上述概念设计,提出了水平和竖向隔震装置的构造和计算模型。进而,根据网壳结构多维隔震的动力方程,开展了El Centro波作用下双层球面网壳和单层球面网壳结构多维隔震控制的数值模拟。计算结果表明,多维隔震球面网壳结构的杆件内力、加速度和位移的减振效果能达到50%以上,验证了所提多维隔震技术对保护球面网壳结构免遭地震破坏的有效性。     

核电结构三维隔震研究

三维隔震对保护核电厂结构和内部设备设施安全具有重要意义。首先,设计了一种三维隔震控制系统,该系统包括水平隔震层和竖向隔震层,在竖向隔震层中设置抗摇摆装置以达到控制结构摇摆反应。其次,对三维隔震模型进行了振动台试验验证,振动台试验结果表明,该系统能有效减小上部结构地震响应。最后,对核岛厂房采用三维隔震技术进行了讨论,分析了强震作用下核岛厂房三维隔震结构反应特征。     

三维隔震系统振动台实验研究

针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,提出并研制了采用碟形弹簧的竖向半主动隔震装置。竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外接蓄油箱内油体间的油路,可实现竖向半主动隔震控制,提出了竖向隔震控制的半主动策略,结合水平隔震支座可实现三维隔震。通过振动台地震模拟实验,验证了三维隔震体系的效能,该研究对高烈度地区隔震技术的改善具有应用参考价值。     

双向耦合地震作用下滑移隔震结构振动控制及其优化研究

目前,滑移隔震结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,有关多向地震动及其相关性的研究也很少。水平与竖向地面运动具有相关性,从而影响控制效果,因此对双向耦合地震作用下滑移隔震结构模型的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程。以6层滑移隔震结构为例,对其进行地震反应分析。研究表明,在考虑竖向地震作用的情况下,滑移隔震结构也具有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在使结构的地震反应有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加。因此,在高烈度地区的滑移隔震结构应该考虑竖向地震作用对结构的影响。建立滑移隔震装置的参数优化设计模型,采用IHGA程序对结构的重要参数进行优化设计。结果表明,滑移隔震结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制。     

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。     

减隔震桥梁设计方法及抗震性能研究综述

桥梁作为交通系统中的生命线工程,其抗震性能问题尤为重要。桥梁减隔震技术主要通过减隔震装置来降低结构的地震损伤,目前已发展成为提高强震区桥梁抗震能力的重要措施。为促进减隔震技术在中国桥梁工程领域的进一步发展,首先总结减隔震桥梁的设计方法,归纳其地震反应和震害情况,对采用不同减隔震装置桥梁的非线性动力性能、减隔震效果、地震随机响应、易损性及性能优化方法等研究情况进行梳理;其次,概述减隔震技术在斜交桥、曲线桥及铁路桥梁中的应用情况与研究进展,并介绍新型韧性抗震设计理念在桥梁工程领域中的应用情况和发展前景;最后,总结减隔震桥梁的试验研究情况,指出目前减隔震桥梁研究中的不足和发展趋势。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

方形多铅芯橡胶支座力学性能研究

本文通过对方形多铅芯橡胶支座竖向压缩性能试验,水平剪切性能试验以及其等效刚度、屈服强度、屈服后刚度、等效阻尼比等水平特征参数与水平剪切应变和竖向压应力的关系,特别是对其在不同方向上压缩剪切变形状态下的性能试验,分析了这种隔震支座各种水平特征参数在不同方向上变化的相关规律。得出在这种类型橡胶隔震支座在双向水平荷载同时作用下,竖向性能和水平性能较为稳定,是较为理想的桥梁结构的减隔震装置。     

土—结构相互作用对煤矿采动损伤建筑的抗震性能影响分析

为了探讨土—结构相互作用对煤矿采动损伤建筑地震动力破坏的影响,基于损伤力学和能量耗散理论,研究采动区土—基础—上部结构的协同作用,通过建立考虑土—结构相互作用的煤矿采动损伤建筑的动力学方程,重点分析了煤矿采动损害影响下的建筑物地震动力灾变演化过程。计算结果表明:土—结构的相互作用对煤矿采动建筑的地震动力响应影响较大,不考虑土—结构相互作用是偏于安全的;煤矿采动作用明显改变了建筑物的结构动力特性,建筑结构的薄弱层位置改变明显、塑性铰和层损伤分布规律发生改变,严重降低了建筑物的抗震性能,对于煤矿采动区建筑应当开展安全损伤评估工作,以保证矿区工程建设的安全性和可靠性。     

三维隔震连续梁桥近断层地震响应数值分析

以一座多跨连续梁桥为研究对象,根据水平和竖向预期隔震目标,计算确定了三维隔震支座相关力学参数。建立了三维隔震连续梁桥数值仿真模型,通过时程反应分析和数值仿真分析三维隔震多跨连续梁桥的地震反应,验证了三维隔震支座的水平和竖向隔震效果。研究结果表明,作者所提出的三维隔震支座具有适宜的水平和竖向隔震力学刚度和耗能能力。在近断层三维地震动作用下桥墩弯矩隔震效果达60%~70%,近断层脉冲型地震动会造成隔震支座过大的水平剪切变形,进而造成上部结构水平碰撞甚至支座剪切破坏。跨中竖向地震反应隔震效果达20%~40%,菱形钢板阻尼器的应用显著改善了组合碟形弹簧的竖向隔震效果。三维隔震技术是减轻桥梁结构多维地震动反应的有效途径之一,但脉冲型地震动作用可能会降低三维隔震支座的隔震效果,其影响程度和主要影响因素需进一步深入研究。     

多层建筑结构水平剪扭-竖向地震反应的智能复合隔震控制

本文在提出了“碟形弹簧-橡胶隔震垫”和MR阻尼器组合而成的智能复合隔震系统的基础上，建立了智能复合隔震系统对多层建筑结构“水平剪扭-竖向”地震反应控制的设计计算方法。提出了智能复合隔震系统对建筑结构水平地震反应的模糊半主动控制策略和对建筑结构竖向地震反应的被动控制方法。以一个五层框架结构为例进行了仿真分析。分析结果表明，本文提出的智能复合隔震系统是一种十分简单和有效的隔震系统。它可克服建筑结构常规隔震系统的两个主要缺点，有效地抑制多层建筑结构的多维地震反应。     

近断层地震动作用下桥梁结构的组合隔震分析

为改善近断层地震动作用下隔震桥梁结构的抗震性能,基于Benchmark结构振动控制问题,研究附加黏滞阻尼器、磁流变(MR)阻尼器的组合隔震策略.非线性动力分析过程中,优化了黏滞阻尼器的阻尼系数和速度指数,并设计了分散模糊控制器来确定施加给磁流变阻尼器的电压.研究结果表明:采用黏滞阻尼器和磁流变阻尼器可提高隔震桥梁结构在...     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。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,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

地震和煤矿采动耦合作用下露天矿边坡及采空区稳定性研究

为了探讨地震和煤矿采动耦合作用下的露天矿边坡及采空区的稳定性,以辽宁排山楼金矿露天转井工开采为研究对象,基于FLAC3D有限元分析平台,采用强度折减法研究了未进行煤炭开采时和煤矿采动单独作用下露天矿边坡的安全系数,重点探讨了煤矿采动和地震耦合作用下露天矿边坡及采空区应力场、位移场及塑性区的分布规律。结果表明:未经采动时,露天矿边坡的安全系数为1.21,边坡处于稳定状态;煤矿采动后露天矿边坡安全系数降为1.12,仍处于稳定状态,单独的煤矿采动作用不会导致露天矿边坡失稳;在地震和煤矿采动耦合作用下,露天矿边坡坡体内出现了较大的拉应力,采空区顶板出现冒落现象,底板出现底鼓现象;在地震和采动耦合作用下,边坡将出现失稳破坏,破坏形式主要为采动区顶板的大面积冒落和边坡的崩塌。     

广东科学中心E区隔震支座的优化布置分析

广东科学中心E区结构体型复杂,刚度和质量在竖向分布不均匀,导致结构扭转效应比较明显.本文结合结构设计提出了五种隔震控制方案.利用SAP2000有限元分析软件,对采用不同控制方案的结构进行了模态分析和时程分析,对比分析了不同方案的控制效果.分析结果表明,采用隔震技术不仅大大降低结构的地震反应,也使结构的扭转效应得到有效的控制.依据分析结果对该工程隔震支座的布置提出建议.