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。     

考虑SSI效应的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利用虚拟激励法及均匀调制非平稳随机响应分析方法,分别从时域和频域角度分析不同场地条件下SSI效应对层间隔震结构的振动响应影响。结果表明：在刚性地基下,结构质量比对结构周期比及振型参与位移的影响较小,SSI效应放大了各子结构响应,尤其对下部子结构响应影响最大,各子结构在场地土差异下变化明显,软土场地下各子结构响应变大。     

三维远场长周期地震下考虑SSI层间隔震结构地震响应分析

实际地震具有多维特性,只考虑水平向作用往往不够真实全面,而且远场长周期地震动不同于普通地震动,具有周期长、持时长、低频成份丰富等特征,对周期较大的隔震类结构会产生不利影响,在考虑SSI效应(soil-structure interaction, SSI)中尤为复杂,需深入探讨。基于此,建立大底盘层间隔震结构,在三维地震动激励下,探讨普通地震与远场长周期地震对层间隔震结构的不同影响,并分析考虑SSI效应对结构的不同程度影响。结果表明：三维地震下,远场长周期对层间隔震结构产生的地震响应远大于普通地震;考虑SSI效应时,随着土体变软,结构响应增大;针对传统水平隔震支座,在三维远场长周期地震下出现层间位移角和支座位移超限问题,设置三维隔震支座,解决了超限问题,分析结果表明其隔减震效果明显优于传统水平隔震支座。     

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。     

小高宽比隔震结构双向输入振动台试验研究及数值分析

本文对高宽比为2.5的普通钢框架隔震结构模型,采用多种不同的地震动进行了水平向和竖向双向地震输入的振动台试验研究,并利用时程分析法完成了模型结构地震反应的数值分析。试验结果表明,高宽比隔震结构在水平向和竖向双向输入情况下隔震层基本上不会进入拉伸应力状态,即使在9度大震E l Centro和Hach inohe波输入时,隔震层支座仍以受压为主。因此小高宽比隔震结构在场地好的情况下,结构不会出现倾覆,仅需考虑软弱土场地的受拉情况。试验发现竖向地震输入对小高宽比隔震结构水平反应的影响相当小;对小高宽比隔震结构进行水平向地震反应分析时,可以忽略竖向地震对结构的影响。     

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI（土-结构动力相互作用）效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明：①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器（与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比）就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。     

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。     

大型立式浮顶储罐基础隔震数值研究

强震作用下,立式浮顶储罐破坏严重。为了降低浮顶储罐的地震响应,选取15×104m3大型立式浮顶储罐,引入基础隔震措施,并考虑浮顶的影响,应用势流体理论,采用ADINA建立有限元模型。研究在不同隔震层阻尼比、不同隔震周期、不同烈度及不同场地条件影响下,基础隔震浮顶储罐的地震响应并进行对比分析。结果表明:当隔震层阻尼比为0.2～0.3时减震效果较好,阻尼比存在合理优化区间;随着隔震周期、地震烈度的增加,基础隔震浮顶储罐的减震率增加;基础隔震浮顶储罐的减震效应受场地条件影响较大;基础隔震措施不能有效控制浮顶储罐的晃动波高。浮顶储罐隔震设计时需要综合考虑多种因素,选取最佳隔震设计参数。     

考虑SSI效应的15×10~4 m~3储罐基础隔震数值仿真分析

为考虑土与结构相互作用(SSI)对15×104m3大型立式储罐基础隔震效应的影响,采用弹簧-阻尼系统模拟地基土和隔震层,罐壁及底板采用壳单元,流体采用势流体单元,利用ADINA建立15×104m3储罐有限元模型,在峰值加速度0.2g El Centro波地震激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析,结果表明:考虑SSI效应时,非隔震储罐的地震响应有所减小,而基础隔震时地震响应有放大效应。储罐抗震减震设计时,中软地基土上储罐从结构设计安全角度来说需要考虑土与结构的相互作用。     

地震波参数对柱顶隔震体系的水平向减震性能影响研究

为了研究地震波参数对柱顶隔震体系的水平向减震性能的影响,选取台湾集集地震中8条地震波作为输入,进行了柱顶隔震体系模型的振动台试验。分析了柱顶隔震体系的水平向动力响应特点,研究了地震波的PGV/PGA、卓越周期、平均周期和断层距及幅值对其水平向减震性能的影响,并进行了数值模拟的对比分析。结果表明:柱顶隔震体系的水平向减震性能良好。相同地震强度下地震波参数的PGV/PGA、卓越周期、平均周期和断层距对柱顶隔震体系水平向减震性能的影响明显,其中:PGV/PGA的影响程度最大,可以作为主要的分析指标;随着地震动强度的增大柱顶隔震体系的水平向减震效果更加明显,地震动强度达到一定幅值后,减震率缓慢下降;与远场地震相比,近场地震不利于柱顶隔震体系的水平向减震性能的发挥,脉冲型近场地震作用下其减震效果更差。振动台试验结果与数值模拟结果基本一致,表明分析结果的可靠性。     

基底隔震储罐频率特征与减震机理分析研究

研究不同高径比橡胶基底隔震储罐的频率特征,探讨储罐隔震体系3种不同振动频率随支座隔震频率变化规律.分析在不同频谱特性地震波激励下,隔震体系各振型组分对地震响应(基底剪力、支座位移和晃动波高)的影响,以及响应峰值随支座隔震频率和阻尼比的变化特点.研究表明,基底剪力峰值与场地地震波频谱特性密切相关.支座隔震频率不能完全反映减震机理的实质,隔震振型频率是影响基底剪力的重要参数.在软弱场地上隔震储罐的减震效率低,有效隔震频率范围窄.晃动波高峰值是储罐自振特性和地震波频谱特性等多种因素导致的结果,隔震系统设计时需特别考虑晃动波高增大的影响.     

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。     

考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振型台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验，通过对四种结构形式的对比试验。探讨了土与结构相互作用（SSI）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（TMD）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：SS效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性，加速度峰值大小有关。由于SSI效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定了设计的TMD减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在生地基条件下影响减震控制效果的一些因素。     

地震作用下高层隔震结构高宽比限值计算

针对高层隔震结构体系,采用多质点体系,基于隔震结构在地震中不出现倾覆的条件,结构边缘隔震支座拉应力不超过1 MPa,压应力不超过30 MPa,推导了高层隔震结构的高宽比限值,并考虑了不同的设防烈度、场地条件和结构阻尼比的影响。分析高宽比限值与结构基本周期的关系,得知了结构的基本周期变化对高宽比限值的影响。以三跨高层基础隔震结构为例,计算了隔震支座最大位移为300 mm和400 mm时隔震结构的高宽比限值,分析结果为设计高层隔震结构时对高宽比的取值提供参考。     

不同地震动作用下隔震结构减震影响分析

基于地震动加速度峰值和速度峰值比值（PGA／PGV）选用了13条不同频谱的地震波,对不同参数条件下多层基础隔震结构地震响应进行非线性时程分析,得到了不同地震动作用下隔震结构模型的地震反应。计算结果表明：随PGA／PGV增大,隔震结构减震率整体上呈增大趋势,但是PGA／PGV对减震率的影响程度还受结构自振周期,上部结构侧移刚度的影响,应综合考虑。     

SSI效应对自复位结构体系延性需求谱的影响分析

为研究土-结构相互作用(soil-structure-interaction, SSI)对自复位结构体系延性需求谱的影响规律,建立了土-自复位结构的数值分析模型,其中上部结构采用旗帜形单自由度滞回系统模拟,并基于锥模型概念模拟土-基础动力相互作用。选取40条Ⅲ类场地远场地震动记录对SSI系统进行非线性时程分析,讨论了刚性地基结构的周期T、强度折减系数R、结构-土体刚度比a₀、结构高宽比s、屈服后刚度比α和耗能系数β对结构延性需求的影响规律。研究结果表明：忽略SSI效应会低估自复位结构的延性需求;对于考虑SSI效应的单自由度自复位结构,延性系数μ与R、a₀的相关性较强,且μ与R和a₀呈正相关,提高R或a₀会增大结构延性需求;延性系数μ与屈服后刚度比α、耗能系数β及结构高宽比s的相关性较弱,其中μ与α和β呈负相关,提高α或β会减小结构延性需求,且随着a₀的增大,α和β对延性需求谱的影响越大;当a₀=1时,s对延性需求谱基本无影响,而a₀取...     

深厚软弱地基上桩箱基础高层建筑地震反应特性数值模拟

根据土体—结构体系整体分析方法，以某26层桩箱基础框架—剪力墙高层建筑为例，探讨了深厚软弱地基与输入地震动特性对桩箱基础高层建筑地震反应的影响。通过数值模拟，得到以下结论：地震作用下高层建筑的地震反应与建筑物的地基条件与输入的振动特性等因素有关。一般地，SSI效应使上部结构的绝对加速度反应减小，但当输入加速度峰值较低时，建筑物部分楼层的绝对加速度反应有可能增大。在给定的输入地震动作用下，SSI效应使上部结构的楼层相对位移增大，但也可能存在减小的情况。分析结果表明：SSI效应对深厚软弱地基上桩箱基础高层建筑地震反应有很大的影响，在此类建筑的抗震分析中考虑SSI效应的影响是必要的。     

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.     

不同支座布置下组合基础隔震结构能量反应分析

通过对5种不同支座布置方案的组合基础隔震结构施加不同场地条件下的双向水平地震波,研究了场地类别和地震波加速度峰值及支座布置方式对结构总输入能量的影响,并进行了耗能分析。结果表明,随着地震波峰值的增大,结构总输入能量增大;相同地震峰值条件下,场地土越软,总的输入能量越大;组合隔震结构应用于软土场地时隔震层滞回耗能比更大,隔震效果更好;组合隔震结构两种支座中选择分散布置方案时,隔震层耗能比更大,隔震效果优于支座集中布置方案。     

多点激励下LRB隔震桥梁地震反应分析

研究了地震地面运动多点激励，即空间变化效应对装有铅芯橡胶支座（Lead Rubber Bearing）的连续梁桥地震反应的影响。首先，利用三角级数法生成了拟合规范反应谱的多点人工地震动时程；然后利用非线性时程分析法数值仿真并比较了某五跨LRB隔震连续梁桥在一致激励、仅考虑地震动行波效应、仅考虑地震动部分相干效应、同时考虑行波和部分相干效应以及同时考虑行波、部分相干和局部场地土效应等七种工况下结构的减震效果。行波效应和部分相干效应对铅芯橡胶支座隔震桥梁影响不大，而局部场地土效应对该类桥梁的地震反应分析影响很大，应该引起重视。