隔震结构系列研究及在甘肃的工程应用

针对叠层橡胶支座基础隔震体系的性能、分析与设计等，介绍了由笔者所在课题组完成的寒冷环境下叠层橡胶隔震支座力学性能试验研究的成果、实振型分解法分析非比例阻尼隔震结构动力响应、隔震结构动力分析软件、橡胶隔震器与地下室悬臂柱串联后所组成的结构系统动力稳定性、高烈度区使用智能隔震体系的控制算法及甘肃省隔震构造图集等研究成果。同时介绍了本课题组负责设计的甘肃省叠层橡胶支座隔震体系的若干工程简况。     

三维隔震(振)支座的工程应用与现场测试

首先介绍了一种新型三维隔震(振)支座,该支座由联接件、竖向隔振支座和水平隔震支座组成。竖向隔振支座和水平隔震支座具有较小刚度,采用该类型支座的隔震结构,其竖向基频和水平基频可远离地铁、铁路振动和地震的主频,从而实现竖向隔振和水平隔震作用。其次介绍了该三维隔震(振)支座在某一地铁平台上部结构中的应用情况,对该类型支座进行了竖向性能和水平性能试验。最后对三维隔震(振)结构与传统结构进行了地铁运行时结构振动的对比测试。测试结果表明:三维隔震(振)系统对振动的高频信号具有显著衰减效果。     

摩擦摆隔震支座振动台试验、数值仿真及应用研究

通过模型振动台试验和数值仿真,对适用于高层建筑结构的大吨位摩擦摆隔震支座在不同地震荷载工况下的动力响应和隔震性能进行了深入研究,试验模型的力学及承载性能在不同地震动水准下保持较好,且随着输入激励的增大,支座耗能能力逐渐提高,减隔震效果逐渐增强。隔震支座的数值模拟结果和振动台试验结果吻合良好,取得了较好的模拟效果。在此基础上,选取一复杂高层建筑结构作为研究对象,进行了不同地震波小震和大震激励作用下的动力响应分析,通过对比设置隔震支座与未设置隔震支座的计算结果,总结了高层建筑结构的动力响应规律。结果表明:(1)摩擦摆隔震支座耗能能力随着地震作用的增大而增强;(2)不同类型地震波作用对复杂高层建筑结构的响应明显不同:长周期地震波作用下结构响应明显比普通地震波作用下的结果大,且长周期地震波对结构位移响应的影响较加速度明显;(3)摩擦摆隔震支座对复杂高层建筑结构的地震反应有较为理想的隔震效果,不同地震波作用下结构响应的隔震效果有所不同,且不同响应之间的隔震效果也不相同,位移响应的隔震效果明显大于加速度的隔震效果。     

砌体结构工程抗震软件的结构隔震功能及算例分析

在砌体结构抗震软件开发过程中，为完善软件功能，添加了结构减震设计验算程序。作为首次应用性软件开发，暂只包含橡胶热隔震的设计与验算功能。本文主要介绍了软件应用时，橡胶垫隔震支座的设计过程，并通过对一个模拟的8层砌体建筑进行隔震设计与对比分析，给出了隔震设计后隔震效果的有关结论。     

隔震技术在高烈度区剪力墙结构中的应用研究

对于近断层处高烈度区高层剪力墙结构，传统设计难以解决墙体太厚、配筋太大等难题。为研究在考虑近断层影响下高烈度区剪力墙住宅采用隔震设计的技术可行性，采用隔震设计对某剪力墙结构工程进行全面分析。对比分析常规剪力墙结构方案及增设橡胶隔震支座的隔震方案，分析结果表明，隔震方案较常规方案前3阶结构自振周期延长约3倍，从而有效减小了上部结构的地震作用；在设防烈度地震作用下，结构水平向减震系数为0.281，上部结构所受水平地震作用和抗震措施可按降低一度进行设计；罕遇地震作用下隔震支座性能稳定，上部结构基本处于弹性工作状态。研究结论可为隔震支座设计和进一步研究提供参考。     

渡槽结构隔震耗能减振控制的试验研究

本文在理论分析的基础上，对设计中的南水北调中线工程北京段南泉河水大型渡槽工程结构，按几何相似比1：10研制了结构模型及多组隔震耗能混合减振支座，在振动台上成功地进行了多工况的地震模拟试验。试验结果表明：将由隔震器与阻尼器组成的隔震耗能混合减振支座应用于渡槽结构，可以有效地减小渡槽结构的地震响应。此外，所研制的隔震耗能混合减振支座，在实际结构工程中的施工简单可行。     

铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系振动台模型试验研究

设计并完成了铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系的振动台模型试验,研究刚性地基上隔震结构体系的动力特性和隔震效果,为进一步开展考虑土-结构相互作用的隔震结构体系振动台模型试验提供数据对比。试验结果表明:刚性地基上隔震结构体系具有良好的隔震性能,隔震效果显著,输入地震动的频谱特性和加速度峰值对隔震结构的隔震效率影响较大。     

组合基础隔震在建筑工程中的应用

隔震作为一种新的抗震技术,已广泛应用于新建和加固的建筑工程,同时,许多新型式的支座得到了开发和应用。组合基础隔震是一种新的隔震设计思想,能充分应用不同类型隔震支座的特性,有效降低上部结构地震反应。本文介绍了组合基础隔震在某一工程中的应用,工程中使用的支座包括普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和弹性滑板支座三种类型,对全部使用支座进行了常规检测,结构计算采用等效线性法、能量包络法和时程反应分析等方法,计算结果表明:组合基础隔震能有效降低上部结构的反应,隔震层的变形控制在安全范围之内。     

钢管混凝土短柱隔震装置的试验与隔震结构仿真分析

本文阐述了钢管混凝土短柱装置的工作原理,给出了装置的构造,对隔震装置的试验结果进行了详细分析,并对传统结构模型与隔震结构模型的对比实验作了仿真计算与分析．从计算结果可知,钢管混凝土基底隔震装置具有良好的隔震性能和推广使用价值。     

SMA-橡胶复合支座的设计与隔震性能

利用形状记忆合金超弹性变形下的滞回耗能性能，设计了一种SMA-橡胶复合隔震支座，建立了隔震支座的力学模型，对其隔震性能进行了研究。结果表明，本文提出的SMA-橡胶复合支座良好地改善了橡胶支座的隔震性能。     

隔震结构的抗震分析

将结构物简化为多质点体系，考虑隔震支座的水平刚度、垂直刚度和转动刚度，按反应谱方法进行了高层剪力墙结构和砖结构抗震计算，结果表明，隔震结构可以大幅度地降低地震作用。     

轻钢骨混凝土剪力墙延性的非线性有限元分析

轻钢骨混凝土剪力墙结构作为新型结构在工程界要得到认同并推广使用,必须对该结构的各项性能指标进行系统的试验研究和理论分析。本文应用ADINA有限元软件对轻钢骨混凝土剪力墙延性进行非线性有限元分析,根据不同的高宽比、轴压比、轻钢骨配筋率以及端部配筋模型的计算结果,对该结构体系的延性及其破坏形态进行综合分析,并对轻钢骨混凝土剪力墙轴压比设计提出建议。分析结果表明,高宽比主要控制轻钢骨混凝土剪力墙的破坏形态,轴压比对其结构的延性的影响最为显著,而端部配筋对其延性影响不大。     

带竖向构造钢筋再生混凝土砖结构振动台试验研究

提出了带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体结构,进行了2个两层再生混凝土砖砌体房屋结构1/2缩尺模型的模拟地震振动台试验研究,2个结构模型的墙体厚度均为120 mm,一层设有门洞和窗洞,二层设有窗洞。2个模型中,1个为带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋,1个为普通无竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋。试验中输入El Centro地震动,测试分析了台面加速度反应、一层和二层顶板加速度反应、结构层间位移反应以及各阶段结构损伤与破坏特征等。研究表明:带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋比普通再生混凝土砖砌体房屋的破坏程度轻,墙体裂缝位置相对错动小,抗震性能显著提高;带竖向构造钢筋再生混凝土砖砌体房屋可用于地震区村镇建筑。     

Shake table testing of un‐reinforced brick masonry building test model isolated by U‐FREI

This paper presents a detailed study on feasibility of un‐bonded fiber reinforced elastomeric isolator (U‐FREI) as an alternative to steel reinforced elastomeric isolator (SREI) for seismic isolation of un‐reinforced masonry buildings. Un‐reinforced masonry buildings are inherently vulnerable under seismic excitation, and U‐FREIs are used for seismic isolation of such buildings in the present study. Shake table testing of a base isolated two storey un‐reinforced masonry building model subjected to four prescribed input excitations is carried out to ascertain its effectiveness in controlling seismic response. To compare the performance of U‐FREI, same building is placed directly on the shake table without isolator, and fixed base (FB) condition is simulated by restraining the base of the building with the shake table. Dynamic response characteristic of base isolated (BI) masonry building subjected to different intensities of input earthquakes is compared with the response of the same building without base isolation system. Acceleration response amplification and peak response values of test model with and without base isolation system are compared for different intensities of table acceleration. Distribution of shear forces and moment along the height of the structure and response time histories indicates significant reduction of dynamic responses of the structure with U‐FREI system. This study clearly demonstrates the improved seismic performance of un‐reinforced masonry building model supported on U‐FREIs under the action of considered ground motions. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

强震环境下带钢避难建筑抗震模型设计

避难建筑通常采用置换混凝土方法抗震,建筑对高强度地震的抗震性能差。因此提出高强度地震下带钢避难建筑抗震设计方法,采用复杂网络带钢避难建筑加固模型对加固前建筑的混泥土强度与荷载能力进行计算,增大框架柱截面,提升带钢避难建筑荷载。采用复合墙体受力加固模型提升建筑墙体抗震性。对加固后建筑模型的坍塌风险评估时,采用带钢避难建筑坍塌的全概率衡量加固后建筑在设计使用年限内的抗坍塌安全性。设计使用年限内加固后的带钢避难建筑的强震CRC超出概率是P(IMCRC),确保其在高强度地震下具有较高的抗震性能。实验结果说明,所提方法下的带钢避难建筑在遇到强震情况时具有较高的抗震性能。     

横墙对框架结构动力响应的影响分析

填充墙具有显著的刚度和承载力贡献。建筑结构震害调查发现,不开洞横墙的破坏程度远小于开洞纵墙的破坏程度,从宏观现象可判断大部分多层建筑的破坏主要由结构纵向运动造成。为研究横墙在地震作用下的性能及其对结构整体动力响应的影响,以经受2021年5月21日云南漾濞6.4级地震震害的花椒园小学教学楼为研究对象,按当地抗震计算参数进行弹塑性时程分析。采用等效斜压杆模拟横向填充墙,设置无填充墙框架结构、带黏土砖墙的框架结构、带空心砖墙的框架结构和带加气混凝土砌块填充墙的框架结构模型,选取10组地震波横向输入。研究结果表明,4种结构自振周期均处于具有统计学意义的平台段,平均加速度响应较接近,质量和刚度变化不会使结构加速度产生规律的变化;受结构自重影响,无填充墙的框架结构底部剪力小于带填充墙的框架结构,带填充墙的框架结构位移远小于无填充墙的框架结构;带有多道不开洞横墙的多层框架结构的破坏主要是由结构纵向破坏引起的。     

填充墙RC框架结构加固方法的研究现状及展望

综述了用于提高填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能和改善结构损伤模式的几类加固措施,从工艺、加固效果和破坏形式3个角度进行了分析。在建筑结构设计过程中,填充墙通常被视为一种典型的脆性非均质非结构构件,忽视了填充墙与RC框架之间的相互作用。地震调查报告表明,在结构遭受地震作用时,填充墙通常先于钢筋混凝土框架发生破坏,未经合理设计的填充墙RC框架结构将在地震作用下产生严重不良后果。试验结果和数值模拟分析结果证明,砌块的强度越低、砂浆的强度越高,结构的承载能力和刚度退化越慢、耗能能力越好。文中根据目前已有的建筑材料改性试验结果,从改性机理出发,分析了一系列有利于提高结构抗震性能的新型材料,并对结构的设计方案进行了探讨。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

砖混建筑模型基底隔震实验研究

本文进行了四分之一大比尺砖混建筑模型的铅胶支座基底隔震效应的地震模拟实验工作，研究隔震结构在地震中的反应行为，为隔震技术在我国的推广应用提供了有力的支持。研究结构表明基底隔震技术是一种非常有交且又很安全的抗震措施，值午在工作中推广应用。     

西藏典型单层混凝土砌块房屋打包带加固抗震试验研究

本文以振动台试验方式研究了打包带加固对西藏典型单层混凝土砌块房屋抗震性能的影响,同时考虑了结构平面布置、抗震设防及砌筑质量三个因素。选取3种西藏地区民居的经典户型制作了7个1∶3缩尺模型进行振动台试验,模型分别为3个无打包带加固模型、3个有打包带加固模型以及1个加固一半的模型。试验结果表明打包带加固墙体能明显提高墙体的整体性,减轻墙体震损;无打包带加固但砌筑质量好的单层民居抗震能力较好,基本满足当地9度设防的要求;高烈度下平面布置不规则的结构容易因扭转作用而发生破坏,圈梁、构造柱也在高烈度下发挥较大作用。打包带加固技术作为一种经济实用的加固技术可在西藏地区进行推广。