高层框架结构远场长周期地震响应分析

首先对3条普通地震波和3条远场长周期地震波进行了频谱特性分析,并对比了普通地震波与远场长周期地震波傅里叶幅值谱的不同点;其次采用ABAQUS大型通用有限元软件建立了16层钢筋混凝土框架结构有限元分析模型,并对高层结构的动力特性进行分析。按照弹塑性时程分析的方法,研究高层框架结构在远场长周期地震动作用下的响应,包括楼层剪力、楼层位移和楼层位移角,并与普通地震动作用下的结构响应进行对比,得出远场长周期地震动对高层框架结构的各个响应均大于普通地震动。     

长周期地震动作用下空冷支架结构地震响应分析

长周期地震动低频成分丰富,且持时较长,对自振周期较长的结构影响较大。钢桁架-RC管柱空冷支架结构是一种应用于火电厂的特殊工业结构,实际工程中主要有带斜撑与不带斜撑2种类型,因其跨度较大,自振周期较长,且支撑有大量敏感型的大型昂贵工业设备,在长周期地震动作用下有较大潜在破坏风险。首先,选取了3条长周期地震动和3条普通地震动;然后,建立了带斜撑与不带斜撑的2种空冷支架结构有限元模型,并基于模型结构试验验证其有效性;最后,分析了2种类型空冷支架结构在普通地震动与长周期地震动作用下的位移、剪力及能量响应。结果表明：增加斜撑能有效限制空冷支架结构的位移反应,且在长周期地震动作用下对结构位移限制的效果更为显著,但增加斜撑后结构在长周期地震动作用下的柱顶最大侧移仍大于规范容许值;长周期地震动作用下,空冷支架结构的破坏主要由位移控制;长周期地震动对于带斜撑空冷支架结构体系的塑性累积损伤影响更大;两类结构的累积损伤都主要发生在RC管柱部分,在后期结构设计中应注重RC管柱的耗能能力设计。     

带消能伸臂桁架超限框筒结构在长周期地震动作用下的反应分析

由于长周期地震动记录相对缺乏,国内外对长周期地震动作用下高层结构的地震响应研究尚不充分,特别是复杂超限高层结构。从2008年汶川地震记录中选择长周期分量明显的61CAT台站记录作为输入,以一245.60m高超限框筒结构为背景,进行了长周期地震动记录不同设防水准输入下的弹性和弹塑性时程分析,并与相应水准El Centro地震动记录输入下的分析结果进行了对比,对比结果表明长周期地震动记录输入下结构的最大水平位移和层间位移角等指标均显著增大,多遇烈度时算例结构X向、Y向最大层间位移角分别为1/218、1/240,远远超出规范限值。进一步,为了考察消能减震措施对超限高层结构在长周期地震动记录下的减震效果,分别在伸臂桁架水平弦杆、竖向腹杆及及斜撑上布置黏滞阻尼器构成水平型、竖向型及单斜撑型消能伸臂桁架,在长周期地震动记录输入下对带不同阻尼器布置形式的伸臂桁架结构进行了分析,结构的最大水平位移和最大层间位移角等指标明显降低,这一结果表明消能伸臂桁架可以较好地控制结构在长周期地震动记录输入下的地震响应,特别是竖向型阻尼器布置控制效果更好,61CAT记录多遇烈度水准输入下X向和Y向最大层间位移角可减小到1/298和1/312;罕遇烈度水准下X向和Y向最大层间位移角可由原结构的1/58和1/75减小到1/87和1/107。与普通地震动记录输入下的结果相比,长周期地震动输入下消能伸臂桁架发挥的控制作用更加明显。     

基于典型工程实例对剪力墙抗震性能动力时程分析的提高研究

为提升剪力墙抗震性能分析精度,以某高层建筑工程楼体剪力墙为背景,将静力弹塑性分析方法与能量等效准则相结合,确定房屋剪力墙结构沿2个主轴方向的三线性恢复力参数,通过参数构建房屋剪力墙相近层模型。使用三维有限元模型模拟房屋剪力墙工程楼体,并采用相近层模型模拟该楼体三维有限元模型抗震性能的动力时程。结果表明,随着地震水平和楼层的增加,房屋剪力墙层间侧移角包络值和顶点侧移角包络值都在明显增加。设置黏滞流体阻尼器可改善房屋剪力墙受两种地震波的作用,在Ⅸ度罕见地震作用下,房屋剪力墙结构的X向减震效果比Y向好,房屋剪力墙X向和Y向层间位移角的最大减震率分别约为38%与18%。     

长周期地震波的研究进展

长周期地震波的研究对自振周期较长的大型结构的抗震设计具有重要意义。目前国内外主要的长周期地震波分析方法大致可分为两类:经验统计方法和地震学中的震源模型方法,通过对这两类方法的研究现状和适用范围的分析,提出了在地震动长周期的研究和应用中有待解决的关键问题。为了将长周期分析方法应用于大跨结构的抗震设计,还介绍了我国现有的抗震设计规范谱中对长周期部分的修正方法。     

单桩-土-结构振动台试验模型数值计算分析

为研究地震荷载作用下桩基-土-核电结构的抗震性能及土结动力反应规律,对拟开展的地震模拟振动试验模型进行数值计算分析。核电工程结构上部质量大和刚度大,试验模型不同于一般的工程结构,为检验振动台试验模型设计、传感器布设方案,对试验模型进行了数值模拟。数值模拟以单端承桩为研究对象,计算了上部结构质量和刚度变化时,在脉冲荷载及基于RG1.60谱人工合成地震动作用下桩身的地震反应规律。数值模拟表明:在水平地震动作用下,桩身剪力和弯矩包络线呈"X"状分布,桩底和顶处剪力弯矩较大;上部结构质量越大,桩身的剪力与弯矩越大;上部结构的刚度越大,桩身的剪力与弯矩越小;随着上部结构质量的增大和刚度的减小,反弯点逐渐向桩顶移动。桩顶发生最大位移时所对应的桩身挠度随着上部结构质量的增加而增大并且随着上部结构刚度的增大而减小。土层分界面处,桩身内力发生突变。此外,在脉冲荷载输入下,桩身反弯点位置与输入荷载的周期有关。计算结果为振动台试验模型设计提供了理论依据。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

远场地震动频谱特性与超高层结构响应相关性研究

远场长周期地震动频谱特性对超高层结构的动力响应影响尤为显著,目前对其频谱特性研究很少。利用ANSYS软件建立超高层建筑弯-剪耦合连续化简化模型(Miranda模型),选取19条远场长周期地震动波,对不同高度结构进行时程分析,改变结构阻尼,得到结构顶点位移和最大层间位移。研究T_(PA)、T_(PD)、T_(PV)、T_c、T_g、T_g、T_(mh)、T_(mf)等8个频谱特性指标分别与结构顶点位移和最大层间位移的相关性随基本自振周期和阻尼比的变化规律。研究结果表明:T_(mh)与顶点位移相关性最强,最高可达0.75以上,建议采用T_(mh)指标作为频谱特性指标来表征超高层建筑的顶点位移;T_(mf)指标与层间位移相关性在各周期段内较稳定,保持在0.65左右,建议采用T_(mf)指标作为频谱特性指标来表征超高层建筑的最大层间位移。     

一种新型抗震耗能剪力墙结构—模型的振动台试验研究

新型抗震耗能剪力墙是一种被动控制结构，该结构通过人为地在剪力墙上设置竖缝用以控制其抗侧刚度、延性、自振周期等动力参数，通过设置在竖缝内的耗能装置来消耗地震能量，从而达到控制结构地震反应的目的。本文介绍了两个十层剪力墙模型的地震模拟振动台试验结果，对比了这两种模型的振动台反应。     

钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构的地震能量反应分析

以17个钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构为样本,选取结构自振周期T和结构刚度特征值λ作为分析参数,分析它们在不同类型地震动下的地震能量反应。研究表明,混合结构体系在地震作用下总输入能的大小主要与结构的自振周期以及地震动类型有关,剪力墙与钢框架之间的刚度关系对总输入能影响不大;总输入能等效速度谱的形态受地震动类型的影响很大,同一地震动作用下,幅值与等效速度谱值之间基本能够维持线性增长的关系,但随着结构塑性发展的加剧,这种线性增长关系的离散度会变大;在结构自振周期不变化的前提下,结构的滞回耗能比以及底部剪力墙承担滞回耗能的比例都会随结构刚度比的增大而减小。     

考虑桩土作用的储罐模拟地震振动台试验

为研究考虑桩土相互作用的储液罐的动力响应及长周期地震波对储液晃动、储罐提离的影响,根据量纲分析法设计了桩-土-储罐模型进行了振动台试验。试验中采用4条基岩波、4条地表波进行振动台试验。试验显示基岩波与地表波输入时,体系变化规律基本一致,其结果表明:土体地表加速度被放大,且输入加速度峰值增加,地表加速度放大倍数减小;一般地震波时,随着输入加速度峰值的增加,储液晃动波高大致呈线性增加。长周期地震波下则为非线性增加,且晃动波较大。此外,液体产生的晃动波高与储罐类型相关。细高型储罐产生的波高稍大;储罐提离高度随着输入加速度峰值的增加呈非线性增长。长周期地震波激励下,储罐提离高度小于一般地震波时的提离高度。细高型储罐在长短周期地震波激励下,提离高度较为接近,而一般储罐在两种地震波激励下,提离高度相差较大。细高型储罐提离高度大于一般储罐的提离高度。建议在储罐设计时考虑长周期地震波的影响。     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

组合支护结构作用下反倾层状岩质边坡加速度响应振动台试验研究

设计并完成一个1∶30的大比例尺高陡反倾层状岩质边坡的振动台模型试验,坡体内部有6个软弱泥化夹层,研究在组合支护体系作用下EL Centro地震波和汶川-清屏地震波激振下泥化夹层含水量发生变化时边坡的加速度动力响应规律。试验结果表明:(1)坡面X、Z向加速度放大系数均具有非线性高程放大效应,但前者大于后者;(2)泥化夹层含水量的变化对坡面加速度放大效应影响显著,注水后X向减小而Z向增大;(3)支护体系作用下边坡临空面放大效应的现象受限制,预应力锚索抗滑桩以下边坡基本不存在加速度放大效应;边坡分级支护可有效降低X向加速度放大系数的高程增大效应,但对Z向会产生不利作用;(4)边坡的破坏模式为上部受软弱夹层滑动牵引而发生倾倒-拉裂变形,导致顶部框架梁有可能最先发生破坏,且破坏类型可能以绕坡顶为支点向坡体内侧转动,引起上部的锚索产生拔出破坏。     

卵石土场地地震反应特征振动台试验研究

为研究卵石土场地地震反应特征,基于四川成都典型卵石土场地,通过振动台模型试验研究卵石土场地在不同地震波、不同地震强度激励下的加速度峰值放大系数、加速度频谱反应及动土压力反应,并且对其场地地震反应非线性效应及土体动剪应力-动剪应变关系进行分析。结果表明：卵石土场地表层土层对地震波具有明显的放大效应,加速度峰值放大系数介于1～1.4之间,下部土层放大效应较小,加速度峰值放大系数介于0.9～1.2之间。卵石土场地对地震波具有低频放大,高频滤波的作用,滤波频率上、下限随激励强度的增大逐渐向低频方向移动。激励强度较小时,土体尚未破坏,动土压力在地震过程中逐渐增大;随着激励强度的增大,动土压力反应明显增大,表现出骤减后逐渐增大的现象。在激励强度较小时(SN1),中部土体最先进入非线性反应阶段,地震波在中部土层能量损耗最大;激励强度较大时(EL3),土体均发生了较大变形,土体最大动剪应变达到1.7%,此时卵石土场地对地震波的放大作用明显减弱。     

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

Seismic rotational displacement of gravity walls by pseudo-dynamic method: Passive case

Prediction of the seismic rotational displacements of retaining wall under passive condition is an important aspect of design in earthquake prone region. In this paper, the pseudo-dynamic method is used to compute the rotational displacements of rigid retaining wall supporting cohesionless backfill under seismic loading for the passive earth pressure condition. The proposed method considers time, phase difference and effect of amplification in shear and primary waves propagating through both the backfill and the retaining wall. The influence of ground motion characteristics on rotational displacement of the wall is evaluated. Also the effects of variation of parameters like wall friction angle, soil friction angle, amplification factor, shear wave velocity, primary wave velocity, period of lateral shaking, horizontal and vertical seismic accelerations on the rotational displacements are studied. The rotational displacement of the wall increases substantially with increase in amplification of both shear and primary waves, time of input motion, period of lateral shaking and decreases with increase in soil friction angle, wall friction angle. The rotational displacements of the wall also increase when the effect of wall inertia is taken into account. Results are provided in graphical form.     

A substructure shaking table test for reproduction of earthquake responses of high‐rise buildings

When subjected to long‐period ground motions, high‐rise buildings' upper floors undergo large responses. Furniture and nonstructural components are susceptible to significant damage in such events. This paper proposes a full‐scale substructure shaking table test to reproduce large floor responses of high‐rise buildings. The response at the top floor of a virtual 30‐story building model subjected to a synthesized long‐period ground motion is taken as a target wave for reproduction. Since a shaking table has difficulties in directly reproducing such large responses due to various capacity limitations, a rubber‐and‐mass system is proposed to amplify the table motion. To achieve an accurate reproduction of the floor responses, a control algorithm called the open‐loop inverse dynamics compensation via simulation (IDCS) algorithm is used to generate a special input wave for the shaking table. To implement the IDCS algorithm, the model matching method and the H_∞ method are adopted to construct the controller. A numerical example is presented to illustrate the open‐loop IDCS algorithm and compare the performance of different methods of controller design. A series of full‐scale substructure shaking table tests are conducted in E‐Defense to verify the effectiveness of the proposed method and examine the seismic behavior of furniture. The test results demonstrate that the rubber‐and‐mass system is capable of amplifying the table motion by a factor of about 3.5 for the maximum velocity and displacement, and the substructure shaking table test can reproduce the large floor responses for a few minutes. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

青海玛多M7.4地震中剪力墙结构抗震性能初步分析

本文选取2021年5月22日青海玛多县发生的M7.4地震的大武地震台实测加速度及课题组用经验格林函数法模拟的野马滩大桥处的加速度,并将二者的绝对加速度反应谱与中国地震动参数区划图(GB18306—2015)给出的“双参调整”设计反应谱进行对比分析,得到地震波观测值和模拟值对当地抗震设防结构的影响程度应视结构形式而定.然后将两条地震波分别输入到某11层剪力墙结构,用PKPM的SATWE模块进行多遇地震、设防地震下的线弹性分析,并用PUSH模块进行罕遇地震下的静力弹塑性分析.该剪力墙结构在两地区不同地震波作用时,均达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标,其抗震性能目标达到C级.结论可为房屋建筑的抗震设防及震后应急响应提供很重要的参考.     

钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙振动台试验研究

进行了4个钢板剪力墙模型的模拟地震振动台试验,其中2个模型为钢管混凝土边框钢板剪力墙,高宽比分别为1.7和3.2;2个模型为钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙,高宽比分别为1.7和3.2.试验中输人Taft地震动,测试了各试件在不同峰值加速度下的时程地震反应和动力特性,分析了剪力墙的破坏特征.研究表明:钢管混凝土边框内藏钢板...