层间滑移隔震结构地震作用有限元分析

将二硫化钼作为摩擦材料设计出一种带限位器的滑移隔震支座。根据多层框架结构变形的特点,给出适用于滑移框架隔震结构的计算模型,推导出层间滑移隔震结构的运动方程。运用SAP2000有限元软件建立一层间滑移框架隔震结构的有限元模型,对比分析El Centro地震波下摩擦系数和隔震层位置不同时隔震结构的地震反应。结果表明,上部结构的动力反应随摩擦系数的增加而不断增大,滑移隔震结构的减震效果逐渐减弱,但隔震层的滑移量却在不断减小;摩擦系数的选取应综合考虑减震效果和隔震层滑移量两个因素。随着隔震层的增高,结构的加速度反应和层间位移反应整体上呈增大趋势,隔震效果不断减弱,且隔震层的加速度值下部层比上部层要大得多,一层隔震和三层隔震时的变形主要集中于隔震层,而五层隔震时结构层间位移并未出现突变,说明隔震层设置在较高位置处对结构体系的影响较小。     

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。     

层间隔震结构工作机理研究

本文建立了层间隔震结构动力分析模型,对层间隔震结构地震反应的主要影响系数进行了分析。结果表明:在一定的频率比范围内,当隔震层的位置较高时,隔震结构下部位移和上部加速度均显著减小,表现出与TMD相似的工作机理;当隔震层的位置较低时,隔震结构下部位移和上部加速度均变化不明显,其工作机理与基础隔震相似。隔震层的阻尼比对层间隔震结构的减震效果也有较大影响,阻尼比越大,减震效果越好。     

软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数研究

依据建筑抗震设计规范反应谱曲线,同时考虑SSI效应对隔震结构及非隔震结构水平地震作用的影响,建立了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数的简化算法。在此基础上给出了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构计算流程,深入研究了考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数在不同影响参数下的变化规律。通过参数研究发现:软弱场地条件下多层隔震结构考虑SSI效应的的水平向减震系数随波速参数、周期比和高宽比的增大而增大,相应的隔震效果越差;而软弱场地条件下高层隔震结构在达到一定的周期比时,考虑SSI效应的水平向减震系数随波速参数的增大而增大,但增幅较小,考虑SSI效应的水平向减震系数随高宽比的增大而减小。研究表明:软弱场地条件下隔震结构经过合理的设计,水平向减震系数可达到预期值,隔震结构能取得较理想的隔震效果。     

大型滑移基础隔震储罐地震反应影响因素研究

采用Bouc-Wen微分连续性模型模拟滑移支座的力学性能,对大型滑移基础隔震储罐非线性地震反应进行了仿真分析,得到了不同类型场地上大型滑移隔震储罐的地震响应特点,总结出了支座摩擦系数、复位刚度以及地震强度等因素对地震反应的影响规律.研究结果表明:大型滑移隔震储罐不适合建立在Ⅰ类场地上,而在Ⅱ类场地上减震效果最好.在Ⅳ类场地上隔震储罐出现晃动波高放大现象,并且需要增大支座摩擦系数和设置复位装置来控制过大位移反应.增大滑移支座复位刚度可以显著降低支座的残留位移.大型滑移隔震储罐在高地震强度地区的减震效果更好.     

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。     

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。     

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。     

宿迁市文体馆基础隔震非线性时程分析研究

宿迁市文体馆4500座位，约13000m^2,位于8度抗震设防区，主体结构为钢筋混凝土结构空间框架，钢网壳屋盖。该工程采用基础隔震技术设计，在桩基顶面与上部结构之间设置架空层，用作安置设备管道及隔震层。隔震层由叠层橡胶隔震支座和粘滞阻尼器组成。对主体结构基础隔震采用空间模型非线性时程分析方法进行了详细分析，结果表明：采用基础隔震措施可显著降低结构地震作用，上部结构水平地震作用减震系数可按0．25采用；设置附加粘滞阻尼器能较好地解决降低地震作用和限制隔震层位移之间的矛盾，对提高隔震体系的性能具有重要作用。技术经济比较表明，本工程采用基础隔震措施，具有明显的社会、经济效益。     

隔震减震主次结构体系非线性随机地震反应分析

为研究隔震、减震装置非线性恢复力特性对2自由度主次结构体系均方根位移反应的影响规律,以隔震、减震装置微分型恢复力模式的滞回参数为变量,地震地面运动模拟成高斯白噪声过程,利用等效线性化方法得到主体结构和二次结构均方根位移反应的表达式.分析表明,主体结构隔震装置非线性恢复力特征对主、次结构的均方根位移反应的影响占主导地位;隔震、减震装置的恢复力特征产生适度非线性有利于减小主、次结构的均方根位移反应.     

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。     

梁板分离式分层隔震结构减震原理研究

为了拓宽隔震技术的应用范围,提出了梁板分离式分层隔震结构概念,其核心思想是将框架结构或框架剪力墙结构中的所有楼层或某些楼层的全部或部分楼板通过橡胶隔震支座支承于梁上。建立了分层隔震结构的动力分析模型,利用自编程序按时程分析法和振型分解反应谱法分别计算了不同工况下分层隔震结构的地震反应,运用隔震技术的基本原理和振型分析法分析了刚度比和场地条件等因素对减震效果的影响。发现了刚度比变化过程中分层隔震结构的两个极限状态,并利用其中之一初步判断减震效果。     

基于强震观测的隔震结构地震反应分析

福建省防灾减灾中心大楼是一栋高约40m,安装有强震观测系统的隔震大楼,目前该结构台阵已记录到30多次地震引起的大楼地震反应。本文利用具有强大非线性功能的ETABS软件建立大楼结构模型,同时考虑隔震结构的楼梯和填充墙对结构地震反应的影响,并利用台阵记录验证大楼结构模型线弹性地震反应的可靠性,说明隔震大楼结构模型能很好地模拟大楼的地震反应过程。在此基础上结合大楼原型动力性能实验的实测参数,以大楼自由场地的三个实际地震记录作为输人,对大楼在中小地震作用下非线性地震反应进行分析,结果表明大楼具有良好的隔震效果。     

填充墙对框架结构抗震性能的影响

框架填充墙结构在汶川地震中产生了严重的震害,我国现行抗震设计对填充墙的考虑难以保证结构在地震下的抗震性能,研究一套简单有效考虑填充墙在地震中不利影响的设计方法是亟需解决的问题。本文按规范设计框架结构算例分别进行弹性、静力弹塑性和非线性动力分析,考察填充墙在弹性和非线性阶段对框架结构的刚度、内力和变形的影响,特别是在强震中的不利影响;从中寻找弹性设计与非线性反应之间的关系而提出弹性设计中考虑填充墙不利影响的方法。结果表明,均匀满布填充墙对框架结构抗震总体上是有利的;填充墙平、立面不均匀布置对框架结构抗震不利;填充墙约束效应易产生附加剪力和短柱破坏。最后根据分析结果提出设计、管理中考虑填充墙影响的方法和措施。     

底部两层框架基础隔震建筑非线性动力分析

实际震害表明,建筑物主要受水平地震作用影响。本文基于有限元理论,采用大型有限元分析软件SAP2000 Non linear建立了底部两层框架上部砌体非隔震结构和基础隔震结构的实体模型,并采用非线性时程分析法对此模型进行了两个水平向地震作用的分析。结果表明,底部两层框架上部砌体结构采用基础隔震技术后,结构的水平地震反应明显低于相应非隔震结构。尤其是刚度突变的转换层,隔震后水平地震反应降低很多。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

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。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明：填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

高层隔震结构模型双向振动台试验研究

对一缩尺1∶16比例高宽比为5的橡胶垫隔震结构模型进行了双向地震动输入振动台试验研究。通过输入不同大小和类型的地震波,分析隔震上部结构和隔震支座的地震反应。试验结果表明:隔震上部结构减震效果较好;隔震支座在某些工况下,竖向可进入非线性受拉变形状态,此时的结构存在倾覆危险。试验相关数据的分析可为高层隔震结构设计理论和规范的编制提供试验依据。     

层间隔震偏心结构双向地震耦合响应研究

建立双向地震作用下层间隔震双向偏心结构侧扭耦联分析模型;考虑上部结构及下部结构的弹塑性模型,隔震支座采用双向耦合非线性Bouc-wen模型模拟;分析偏心参数对层间隔震双向偏心结构的影响规律;评价双向地震作用下我国抗震规范给出的扭转影响系数静力预测值的准确性。结果表明,双向地震作用下设置中间柔性隔震层可以减小上\,下部结构扭转的耦连效应;下部结构存在双向偏心会对隔震层和下部结构扭转反应带来不利影响;LRB耦合效应对层间隔震地震响应影响较小;当下部结构偏心率较大时现行规范计算扭转系数偏于不安全。