大震下被动与智能隔震结构动力可靠度的对比

对被动及智能隔震结构在“大震”条件下的动力可靠度进行探讨。将被动及智能隔震体系均取作弹塑性模型,并用退化Bouc-W en滞变模型描述上部结构的恢复力,用非退化Bouc-W en模型描述隔震层的恢复力。采用虚拟激励法计算结构的随机响应,根据我国抗震规范中“大震不倒”的设防目标,采用各层最大层间位移峰值响应和累积滞变耗能构造双参数的随机疲劳累积损伤指数,作为功能状态指标。假定各层失效相关,用串联系统计算体系动力可靠度。通过数值算例,对比了被动隔震、智能隔震与非隔震体系的条件失效概率,从动力可靠度角度显示了智能隔震体系的减震优势。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90％以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器（MRD）的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc—Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值（VDV）的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

基础隔震密肋复合墙结构的地震随机响应分析

在给出密肋复合墙结构弹性刚度的基础上,建立了基础隔震结构的运动方程,利用随机振动的理论,将地震波过滤白噪声地震动模型输入,运用状态空间法,得出了层间最大位移的概率统计特性,从而建立了其均值和均方差的计算公式.通过算例分析表明,增大上部结构自振频率与隔震结构的频率的比值可以增大隔震层最大位移的反应,提高隔震层的阻尼比可以降低隔震层最大位移的反应;对其参数进行合理的配置,可使该结构体系隔震效果达到最优.     

基于IDA的层间隔震结构失效模式研究

层间隔震结构是由基础隔震结构发展而来的一种新型隔震结构。为研究层间隔震结构的倒塌,需先研究不同层间隔震结构的不同失效模式和失效位置,文章建立了3个不同结构参数的层间隔震结构有限元模型,选取20条与抗震规范反应谱吻合的地震动,采用增量动力分析（IDA）方法,分别对其失效模式和失效位置进行研究。研究表明:基于不同的结构参数,层间隔震的基本失效模式有三种,即隔震层水平位移超限导致结构失效、下部结构层间位移角超限导致结构失效、隔震层拉压应力超限导致结构失效;隔震层下部结构和隔震层最外边缘支座为结构的薄弱位置,应引起更多关注。此方法不仅可以研究结构的不同失效模式,还可以确定失效位置,可为下一步层间隔震结构的抗倒塌分析提供理论基础。     

隔震结构"小震不坏"的动力可靠度分析

本文探讨叠层橡胶隔震体系在“小震不坏”条件下的动力可靠度分析。基于等效线性化的隔震工程设计参数,建立非比例阻尼隔震结构模型。采用双过滤白噪声功率谱模型描述地震动,并用林家浩虚拟激励法进行随机响应分析。以各层的最大层间位移响应作为控制指标,取结构的弹性位移限值作为位移极限值,建立功能状态方程。根据一次二阶矩方法,用串联模式计算体系的总体可靠度。文末选用了一个7层隔震框架作为数值算例,探讨了隔震阻尼、寒冷环境、节点构造误差所引起的隔震层刚度上升,以及场地土类别等对体系动力可靠性的影响。     

高速铁路客站房桥合一结构层间隔震优化策略研究

作为当前高速铁路建造中出现的一种新型客站形式———房桥合一结构体系已经开始应用于实际工程,其抗震设防研究有着迫切需求和重要意义。基于此,本文对房桥合一结构中设置层间隔震来实现减震控制开展研究工作,并重点探讨此类控制方法的参数优化策略。首先建立了房桥合一结构数值模型,通过引入虚拟激励法推导了高效准确的随机计算式,继而指出采用参数域方法进行优化更为合理,它可实现隔震层参数有效配置。最后,通过数值研究对随机地震激励下房桥合一结构层间隔震优化策略进行了验证分析,分别基于单桥模型和多桥模型研究了其减震机理和减震效果,提出可提高减震效果的参数优化策略。本文研究结果表明:设置经过参数合理优化的层间隔震装置对房桥合一结构减震是可行且有效的。     

基于成本—效益指标的隔震支座参数优化

根据建筑结构隔震设计的特点,研究了基于成本—效益指标的隔震支座参数优化问题,提出了以结构整体成本—效益指标为目标函数的隔震支座参数优化方法,从而在隔震设计中同时考虑结构的初始造价和地震损失成本。采用无导数信赖域的优化算法进行隔震支座参数优化,主要约束为基于首次超越失效准则的结构动力可靠度。最后通过一个隔震支座设计实例,分别采用文中提出的优化设计方法和传统隔震设计方法进行设计并对比结果,最后讨论了结构期望损失成本对优化设计的影响,从而验证提出方法的可行性。     

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc - Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge - Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析.结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视.     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

刚性结构基础隔震随机地震响应及优化分析

运用随机振动的时域复模态分析方法，对刚性结构房屋基础隔震体系在平稳随机地震激励下的响应进行了分析，得出隔震结构体系的地震反应统计特征。在此基础上，结合基础隔震结构均方响应和地震激励均方值之比与频率比、阻尼比的关系曲线以及基于失效概率下位移限值与频率比、阻尼比的关系曲线，提出采用图解法确定隔震装置合理优化的参数取值。     

基于不同参数的基础隔震结构非线性概率密度演化

为了研究不同设计参数条件下基础隔震结构非线性响应的概率密度演化特征,采用两质点模型来模拟基础隔震结构,隔震层与上部结构分别采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型来描述其非线性特征,运用概率密度演化理论,进行隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析。采用基于物理的随机地震动模型生成人工地震动,提出基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析的基本步骤。通过改变基础隔震结构的设计参数,同时考虑激励的随机性,研究基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化规律。结果表明,基础隔震结构的阻尼比、周期比和屈重比取合理范围,能使隔震结构上部和下部的位移可控。     

Design of bilinear hysteretic isolation systems

This paper concerns the design of passive base isolation systems characterized by a bilinear hysteretic behaviour. The study refers to the case where the structure to be isolated (superstructure) vibrates according to the first mode. In this case the whole isolated structure can be modelled by a two‐degree‐of‐freedom system. The base isolation effectiveness has been evaluated for different characteristics of the device, namely mass, strength, elastic and plastic stiffness, by using mainly energetic quantities. The optimum values for the base device have been obtained by minimizing the input energy and the displacement of the superstructure. Conclusions are drawn for superstructures with a fundamental period of 0.5s, a damping ratio of 5% and for three different kinds of earthquake ground motions. The study showed that the seismic input greatly affects the behaviour of the isolated structure, and therefore the design ground motion must be carefully chosen, dependent on the characteristics of the site. A simple procedure that involves mainly linear dynamic analyses is proposed for the design of base devices used in conjunction with superstructures of any fundamental vibration period. The procedure produces good results in spite of its simplicity, and therefore it is suitable for practical use by design engineers. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stiffness‐damping simultaneous identification using limited earthquake records

A new method of stiffness‐damping simultaneous identification of building structures is proposed using limited earthquake records. It is shown that when horizontal accelerations are recorded at the floors just above and below a specific storey in a shear building model, the storey stiffness and the damping ratio can be identified uniquely. The viscous damping coefficient and the linear hysteretic damping ratio can also be identified simultaneously in a numerical model structure. The accuracy of the present identification method is investigated through the actual limited earthquake records in a base‐isolated building. It is further shown that an advanced identification technique for mechanical properties of a Maxwell‐type model can be developed by combining the present method with a perturbation technique. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

基础隔震结构的耗能分析

采用Bouc-wen模型,利用状态空间迭代法,对基础隔震结构进行了多质点的弹塑性时程分析,并根据此结果,利用能量方程,求得隔震结构的各项能量,绘制了各能量项时程曲线。以一实际工程为例,求得隔震结构的各项耗能情况,说明了基础隔震结构以减少地震输入和隔震层滞回耗能来减小对上部结构的损坏。     

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。     

摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍了摩擦摆隔震支座的基本构成和隔震原理。利用力学平衡原理,对摩擦摆隔震支座进行了理论分析,推导了摩擦摆隔震支座的刚度和等效粘滞阻尼比,构造了摩擦摆隔震支座的滞回模型,并探讨了该支座的自回复能力,得到了其最大残余位移计算公式。采用有限元软件ABAQUS,对摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的滞回特性与回复特性。研究结果表明：①理论分析和数值模拟结果吻合较好,验证了提出的滞回模型和最大残余位移计算公式的正确性;②摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能;③摩擦摆隔震支座的刚度与球面半径成反比,可能的最大残余位移为摩擦系数和球面半径的乘积;④该支座的最大应力出现在支座处于设计位移的时刻,且一般位于滑块或支座板球铰面边缘。     

A friction damped base isolation system with fail-safe characteristics

An experimental study of a Coulomb friction damped aseismic base isolation system with fail-safe characteristics is described in this paper. The base isolation system utilized commercially made natural rubber bearings and a skid system which comes into operation at preset-levels of relative horizontal displacement between the structure and the foundation. The fail-safe skid provides hysteretic damping and prevents failure of the isolation system in the event of displacements larger than those assumed in the original design. The isolation system can be designed for an earthquake which can be reasonably expected within the lifetime of the structure; in the event of an earthquake of unanticipated intensity the failsafe system will prevent collapse of the structure. The testing of the system involved an 80,000lb model, approximately 1/3 scale to a real structure mounted on the 20′ × 20′ shaking table at EERC and subject to a variety of earthquake inputs. The results show that the hysteretic effect of the fail-safe system does not greatly increase the accelerations experienced by the structure but considerably reduces the relative displacements at the isolation bearings. The action of the fail-safe system was tested by using an earthquake input that produced a resonant response in the isolated mode of the model. The stability limit of the isolation system was exceeded and the bearings failed but complete failure of the isolation system and thus collapse of the model was prevented by the fail-safe system. The implementation of the system in full scale structures poses no technical or construction problems. An equivalent linearization technique was developed for this system for design purposes using response spectra. The accuracy of this approach was verified by comparison with the experimental results.     

多级串联非比例阻尼隔震结构地震响应分析

建立了多级串联非比例阻尼隔震结构动力分析模型;引用分区瑞利阻尼模型将非比例阻尼矩阵分解为瑞利阻尼矩阵和体现非比例阻尼的余项阻尼矩阵,推导出结构的阻尼矩阵;并编制了MATLAB动力时程分析程序,对一实际隔震工程进行地震响应分析.结果表明:随着下部结构刚度的增加,结构的层剪力比和隔震层位移响应峰值均趋向于基础隔震结构的对应值;当下部结构为一层,且层间刚度大于上部结构底层层间刚度4～6倍时,可以近似按基础隔震结构进行动力分析.