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。     

考虑SSI效应的层间隔震结构在三维地震下的响应研究

为探讨三维地震下层间隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)时的地震响应,建立了考虑SSI效应的层间隔震结构模型,分别输入一维、二维、三维地震动,比较层间隔震结构在不同维度地震波输入工况下的地震响应。针对三维地震动输入下隔震支座拉压应力超限问题,添加三维隔震装置,并与传统水平隔震结构地震响应结果进行对比分析。结果表明:三维地震动输入下的结构地震响应大于一维和二维;加入三维隔震支座后,竖向地震动被有效隔离,结构地震响应减小,优化了支座受力,支座拉压破坏问题得以解决,地基土体应力小于设置传统水平隔震支座下的土体应力,对地基和基础设计有利。     

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。     

考虑SSI效应的隔震结构体系振动台模型试验与数值模拟对比研究

基于考虑土-结构相互作用(SSI)效应的隔震结构体系振动台模型试验,以ABAQUS软件为计算平台,考虑土体的非线件特性,建立了将土体一桩基-隔震结构视为共同工作整体的三维有限元模型,对各种试验工况下的地震反应进行了数值模拟计算,并与试验结果进行了对比分析,结果表明:数值模拟和振动台模型试验结果基本一致,两者得到的SSI效应对隔震结构地震反应的影响体现出相似的规律性,印证了数值模型的正确性.     

基于能力谱法的SSI体系抗震pushover分析方法

本文首先经过2次等效将土与结构相互作用的多自由度体系等效为单自由度体系,并给出了修正反应谱和等价能力谱的确定方法,进而提出了基于能力谱法考虑土与结构动力相互作用(SSI)效应的结构体系pushover分析方法(SSIPA);然后对3种不同高度考虑SSI效应的结构体系在5条地震动作用下采用本文提出的方法进行了算例分析,将结果与非线性时程分析的结果进行了比较,研究了本方法的适用性和准确性;最后,与建筑抗震设计规范的设计反应谱相结合,对9层考虑SSI效应的钢结构用本文提出的方法进行了弹塑性地震反应分析,根据我国抗震设计规范的规定进行抗震性能的评估验证了本方法的可行性。     

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。     

P-Δ效应对基础隔震结构地震响应影响研究

隔震支座在地震作用过程中水平变形时,会对上部结构附加由于隔震支座P-Δ效应造成的弯矩。国内,关于隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构地震响应具体影响相关的研究,相对较少。采用PERFROM-3D软件,建立上部结构弹塑性的基础隔震结构模型,进行了考虑与不考虑隔震支座P-Δ效应的计算分析,对比了层剪力系数、层间位移、层倾覆弯矩、加速度等地震响应。结果表明:隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构的底层层间位移响应及上部结构柱底转角位移造成一定影响,其它地震响应基本无差异。     

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。     

规则梁桥单墩-质点隔震体系地震时程响应半解析法

本文基于带集中参数边界条件的分布参数连续梁理论,推导规则隔震梁桥单墩-质点(SCM)地震时程响应的计算步骤.在控制方程边界条件引入等效基础弹簧和墩顶隔震层变形协调条件,解析地获得各阶实模态,用牛顿法搜索各阶频率.为了处理隔震层非比例阻尼产生的耦联效应,由能量法分配各阶实振型的隔震层附加阻尼比,实现体系的实模态近似解耦,应用振型叠加法求解体系的地震时程响应.最后应用该方法对一规则隔震梁桥SCM体系的地震响应进行分析,与有限元时程积分的结果进行比较,表明此方法的有效性.计算结果表明,采用墩顶隔震策略的单墩-质点体系能显著减小结构响应,具有良好的减震效果.     

基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程。引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解。采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极限函数。在此基础上,采用首次超越破坏模型,基于Possion分布假设和串联系统可靠度模型,建立了从整体上评价基础隔震体系抗震可靠度的简化分析方法。最后,通过一个基础隔震框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。     

并联复合隔震体系的地震耗能机制和能量响应分析

运用能量分析法对并联复合隔震体系的地震耗能机制和能量响应进行了分析和探讨。首先,以层间剪切模型的多自由度运动微分方程为基础,建立了并联复合隔震体系的能量平衡方程。其次,引入状态空间法对并联复合隔震体系进行时程分析得到体系的地震响应,并以此为基础计算了各项能量。最后,以7质点多自由度体系为仿真对象,对并联复合隔震体系的耗能机制及其主要隔震层参数和不同特性地震动对能量响应的影响进行了分析。结果表明,并联复合隔震体系地震总输入能主要由滞回耗能和阻尼耗能承担;摩擦承压比和摩擦系数对能量响应有重要影响,存在最优取值区间;地震能量响应受地震动特性影响较大。     

考虑SSI效应的立式储罐水平基础隔震研究

立式储罐在地震作用下破坏严重,损失较大.为了降低立式储罐在水平地震激励下的地震响应,考虑土与结构相互作用对储罐地震响应的影响,将立式储罐基础隔震体系简化为3质点5自由度力学模型.依据Hamilton原理建立立式储罐基础隔震体系的控制方程,给出了立式储罐基底剪力、倾覆弯矩、晃动波高和应力的理论表达.选取150000m3储罐,采用wilson-θ法对其进行了地震动响应分析.结果表明:储罐基础隔震体系能够降低储罐的地震响应;为获得理想的地震响应,场地、隔震周期和阻尼比存在优化取值区间;储罐抗震与减震设计要视设计安全需要来决定是否考虑土与结构的相互作用.     

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。     

基于土-结构体系对建筑结构响应的减震效果评估

提出一种基于土-结构体系地震记录的土-结构相互作用(SSI)的减震评估方法。该方法采用简化的SSI模型,通过系统辨识确定模型参数。将上部建筑结构地震反应的SSI减震效应分解为惯性相互作用和运动相互作用,同时还提出由惯性相互作用和运动相互作用单独降低结构响应的方法。将2011年东北地震太平洋沿岸期间两栋中层建筑用此方法进行分析,结果表明:当建筑物结构响应进入非弹性范围时,惯性相互作用的减震效果降低。     

不对称大底板多塔楼隔震结构的地震响应分析

针对不对称大底板多塔楼隔震结构体系,通过建立地震响应的动力分析简化模型,推导出不对称大底板多塔楼隔震结构体系地震作用下的运动方程。对一实际的不对称大底板多塔楼隔震结构进行地震响应仿真分析,探讨塔楼质量偏心率和塔楼质量比对结构周期比、位移比和层剪力比的影响。结果显示,不对称大底板多塔楼隔震结构扭转角主要由隔震层产生;与不隔震结构相比,不对称大底板多塔楼隔震体系的扭转角减小,可取得较好的减震效果;塔楼与底板的位置分布和质量分布会影响体系的扭转效应和减震效果,应尽量使塔楼的质心与底板质心重合,塔楼质量分布均匀,以减小结构的扭转效应,提高减震效果。     

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.     

双向近场地震作用下HDR隔震梁桥地震响应研究

以HDR隔震梁桥多自由度（MDOF）模型和等效双线性单自由度（SDOF）模型为研究对象，以典型近场地震动作为输入，研究HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥地震响应的影响。研究结果表明:不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线呈典型双线性；考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积小于不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积。不考虑双向耦合效应的顺桥向HDR支座位移峰值d_b大于考虑双向耦合效应时，但横桥向的结果相反。近场地震作用下，对梁桥进行HDR支座隔震设计时，忽略双向耦合效应计算得到的墩底剪力峰值和弯矩峰值均偏于保守。可忽略HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥近场地震能量的影响。     

基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明：在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。     

调谐惯容系统的混合隔震体系一致性优化设计

基础隔震技术广泛应用于建筑结构以减轻结构的地震响应.值得注意的是,在隔震体系中减小主结构的加速度响应是以牺牲隔震器变形为代价的.调谐惯容系统(TID)和隔震器组成的混合隔震体系可减小隔震层的位移响应.与传统调谐质量阻尼器(TMD)结构类似,TID 由惯容、调谐弹簧和阻尼元件组成.因此,可直接利用 TMD减震系统的设计公式来确定 TID 的最优参数.首先基于单自由度体系(SDOF)附加 TID的运动方程,推导分析两种 TID和 TMD设计公式,对两者设计公式的前提条件和适用性进行深入的探讨.其后,借助基础隔震体系的benchmark模型来检验设计 TID的可行性和有效性.数值模拟结果表明,在不增加主结构绝对加速度响应的情况下, TID能够显著减小基础隔震结构的位移响应和基底剪力.