近场水平、竖向地震共同作用下地基-基础-RC框架结构抗震性能研究

本文运用SAP2000对一10层钢筋混凝土框架结构在双向地震作用和单向地震下,考虑土-结构相互作用并计入重力二阶效应影响和不考虑二阶效应、采用刚性地基假定的情况分别进行动力时程分析,对比研究该结构抗震性能的变化规律。然后针对竖向地震作用展开进一步研究,探讨地震波的竖向和水平PGA比值对结构地震响应的影响规律。研究表明:(1)近场双向地震作用下,采用刚性地基假定,分析得到的结构地震响应比考虑土-结构相互作用时小,偏于不安全。(2)近场双向地震作用下地基-基础-RC框架结构的地震响应比单向地震作用时大,且随着场地土变软,不利影响增大,表明竖向地震作用不容忽视。(3)近场地震中,考虑土-结构相互作用的情况下,结构抗震性能在地震竖向和水平PGA比值为0.6左右时所受影响最小,比值为0.7左右时所受影响最大。     

Analysis on Dynamic Interaction of Subway Station-soil-aboveground Frame Structure Under Inclined Incidence of SV Wave

地震作用下地铁车站和邻近建筑间的动力相互作用问题已引起许多学者的关注和重视,然而斜入射地震波作用下的相互作用分析研究较少,有关规律仍不明确。为此建立基于黏弹性人工边界的地铁车站-土-地表框架结构整体动力分析有限元模型,围绕入射角、地上与地下结构间距、场地类别等因素,采用频域刚度矩阵自由场地震响应分析方法获得任意角度斜入射SV波作用下地铁车站-土-地表框架结构动力响应规律。研究结果表明,地表框架结构的存在会显著增大车站中柱轴力幅值,当地表框架结构与车站紧邻时,中柱轴力放大幅度最大为730%,放大效应会改变轴力随入射角的变化规律,总体上使车站中柱轴力在SV波垂直入射和超临界角10°左右入射时均具有相当的幅值;地表框架结构对地铁车站层间位移角的影响与场地条件密切相关,在较硬的场地（Ⅱ类场地）中,车站层间位移角放大幅度最大为74%,在较软的场地（Ⅳ类场地）中,车站层间位移角缩小幅度最大为30%;地铁车站的存在对地表框架结构层间位移角具有放大作用,总体上地铁车站与地表框架结构的距离越近,放大作用越明显,地表框架结构层间位移角放大幅度最大为52%。建议将0°入射和超临界角10°左右入射工况作为地上或地下结构地震响应分析的不利工况。     

考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析

目前结构的抗震分析主要是采用刚性地基假定,忽略了土-结构相互作用,而在实际情况中结构的地震破坏与刚性地基假定的预期结果并不相同。为了对比差异,本文以一6层混凝土框架结构为例,分别进行了Pushover分析和非线性时程分析。结果表明:当考虑土-结构相互作用时,结构的基底剪力减小,周期增大,顶点位移增大且结构的破坏主要集中在首层,柱端出现了塑性铰,更符合实际的震害情况。并将Pushover分析与非线性时程分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可靠性。     

考虑土-结构动力相互作用的TMD结构减震控制

本文分析了TMD(Tuned mass damper)在刚性地基和柔性地基情况下的减震控制机理,以某6层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别考虑了土-结构动力相互作用对无TMD控制结构的影响,场地条件对TMD减震控制性能的影响和土-结构动力相互作用对TMD减震控制性能的影响。通过分析得出TMD控制系统的减震效果除了与输入地震动特性有关外,还与场地条件、上部结构和基础的动力特性等因素有关。如果土-结构动力相互作用体系的自振周期远离输入地震动的卓越周期,则相互作用体系的地震响应较小。地基土越软,框架建筑结构层间相对位移地震响应也就越小。如果考虑土-结构动力相互作用效应的影响设计TMD调频系统的自振周期,则TMD的控制效果会有一定程度的提高。     

非一致地震波动输入下大型钢筋混凝土框架结构-地基体系地震响应规律

为探索非一致地震波动输入对大型钢筋混凝土框架结构地震响应的影响,基于OpenSees软件平台建立二维钢筋混凝土框架结构\|地基动力相互作用有限元模型。将El-Centro地震波按P波波形分别以0°、15°、30°和35°角入射该有限元模型进行计算,对比分析框架柱内力和楼层层间位移的地震响应。研究发现非一致地震波输入方法对于大型钢筋混凝土框架结构建筑动力响应影响明显,随着地震波入射角的增大,钢筋混凝土框架结构底层柱的轴力幅值减小,剪力幅值增大,而弯矩幅值变化较小,楼层层间位移幅值也随之增大。研究结果对于大型钢筋混凝土框架结构抗震设计具有参考意义。     

黏滞阻尼器用于层间位移角超限的既有建筑的优化研究

在水平地震作用下,结构产生较大的层间变形或者结构底部地震剪力较大导致了很多建筑发生破坏.对于既有建筑,可采用安装黏滞阻尼器的加固方法减小其层间位移角,而结构层间位移角和基底剪力等均受阻尼器的位置与参数影响.因此,阻尼器的位置及参数优化的研究有重要意义.对于层间位移角超过现行规范限值的既有建筑结构,文中综合考虑结构变形与...     

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。     

桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响

在桩-土-结构弹塑性动力相互作用模型研究的基础上,设计了考虑场地类别、输入地震动等因素的基于相互作用模型的多层和高层钢筋混凝土框架结构算例,分析了桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响,并与不考虑相互作用的结构底部固端模型的计算结果进行了对比。分析表明:相互作用对结构的弹塑性变形的影响不容忽视,考虑相互作用后梁柱塑性铰出现的程度降低;结构底部位移增加而顶部位移减小;薄弱层的层间位移可能增加而其余层的层间位移则减小。现行的结构弹塑性变形验算方法未考虑土-结构相互作用的做法的合理性值得进一步评判。     

强震下基础隔震结构与挡土墙碰撞响应分析

基础隔震结构在罕遇地震作用下可以大幅降低上部结构的地震响应,达到保护结构的目的;但在超过罕遇地震的强震作用下,隔震层位移可能超过预留的隔震沟宽度,隔震结构与周边挡土墙碰撞。建立考虑上部结构非线性的隔震结构模型,设防烈度为8度,进行了超过罕遇地震的强震下地震响应分析,结果表明,隔震结构与挡土墙碰撞减小了隔震层位移,但导致上部结构加速度、位移及层剪力明显放大,放大程度随碰撞刚度及地震动强度的增大而增大,随隔震沟宽度的增大而减小;碰撞刚度增大到一定程度后,层间位移的增大对碰撞刚度的增大不再敏感,加速度及上部结构基底剪力系数则未表现出这一趋势;碰撞还导致支座最大面压的增大及最小面压的减小。     

双向速度脉冲地震下偏心重力柱核心筒结构的弹塑性地震响应研究

研究速度脉冲地震和结构质量偏心综合不利条件下新型重力柱-核心筒结构体系的弹塑性反应规律。选取速度脉冲和非速度脉冲地震加速度记录各10条,进行地震动双向输入,采用结构非线性分析软件CANNY进行有限元数值分析,研究脉冲型地震和结构质量偏心对新型体系弹塑性地震反应的影响。分析结果表明,速度脉冲型地震作用下各结构的层间位移角、层间剪力和层间扭转角显著高于非速度脉冲地震下的相应值。质量偏心对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角和层间扭转角都随着偏心率的增大而增大,而层间剪力则随偏心率的增大呈减小趋势。建议在重力柱-核心筒结构设计中应重视速度脉冲地震和结构偏心的耦合不利影响。     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

装配式屈曲约束支撑在北京某高层建筑中的应用研究

本研究以实际建筑工程为例,应用有限元软件SAP2000对装配式屈曲约束支撑结构与普通支撑结构进行了弹塑性时程分析,对比了两种建筑结构在8度罕遇地震作用下的层间位移角和基底剪力的差异.结果表明:两种建筑结构的最大层间位移角均小于规范弹塑性层间位移角限值1/50;随着楼层增加,装配式屈曲约束支撑结构的层间位移角小于普通支撑...     

基于耐震时程法的钢筋混凝土框架弹塑性地震响应及损伤发展

耐震时程法（ETA）仅需少量的非线性时程分析,便可以掌握结构倒塌破坏的全过程。但是,此方法目前较少应用于结构倒塌失效分析。本文探讨了耐震时程曲线的特性及拟合思路,以钢筋混凝土框架为研究对象,应用ETA方法分析了钢筋混凝土框架的地震响应及损伤发展。研究结果:（1）混凝土框架结构的地震响应分析结果表明:采用ETA方法分析时结构顶点位移和层间位移角与采用IDA方法分析时接近,而最大基底剪力会略大;但是,两种方法的结果相关系数均接近于1。（2）强震下的结构倒塌分析结果表明:ETA方法能较为准确的预测结构的塑性铰分布、塑性铰出现概率及塑性铰发展顺序。当采用多条耐震时程加速度曲线作为输入时,评估结果准确性更高。由于ETA方法仅需进行少量几条耐震时程分析且计算高效,因此ETA方法可以成为预测结构失效模式的高效方法。     

罕遇地震作用下直接基于位移设计的局部预应力混凝土框架目标位移控制研究

本文针对罕遇地震作用下,直接基于位移设计的预应力混凝土框架在“防止倒塌”性能水准下结构目标位移不能有效控制的问题进行研究.通过理论分析和预应力混凝土框架结构的设计实例模拟计算,总结出影响结构目标位移有效控制的主要原因有结构承载能力超强和性能点时刻位移模式与设计位移模式误差较大两个方面.结构承载能力超强是影响框架层间位移角有效控制的主要原因,位移模式误差则是通过影响等效单自由度体系的等效目标位移而影响目标位移的有效控制.文中提出了考虑强柱弱梁调整、材料强度取值以及其他构造措施等影响的基底剪力折减计算公式,以及采用结构在性能点时刻的位移模式对设计位移模式进行修正的改进方法,算例表明目标位移和其他各项性能参数的控制均得到了非常明显的改善.     

基于Pushover方法框排架主厂房地震失效模式研究

鉴于大型火力发电厂框排架主厂房结构质量和刚度分布严重不均匀,传力路径复杂,抗震性能差,研究了其地震失效模式,对结构局部优化,以提高其抗震性能。基于Pushover分析方法,对钢筋混凝土框排架主厂房结构进行了研究。结果表明:在7度罕遇和8度罕遇地震下,结构的层间位移角均未超过现行规范规定的混凝土框架结构的层间位移角限值;结构的薄弱层出现在排架间大平台与运转层和煤斗层与除氧器层,失效模式均为梁柱铰混合模式,其中排架间大平台与运转层破坏严重。     

基于静力弹塑性分析方法的RC框架结构抗震性能评估

介绍了静力弹塑性分析方法。结合我国抗震设计的三水准设计目标及两阶段的设计方法,应用SAP2000及YJK软件对一钢筋混凝土框架结构在多遇地震下的受力情况进行了计算;应用SAP2000对结构进行了静力弹塑性分析,计算了其在罕遇地震作用下的层间位移角,并将其与结构的破坏状态进行了对比。计算结果表明该框架结构满足我国抗震规范小震不坏、大震不倒的设计要求。     

增设落地剪力墙对框架结构地震剪力分配的影响研究

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌机理,验证基于内力分配得到的抗倒塌措施的合理性,设计2组缩尺比例为1∶4的框架结构模型并开展振动台对比试验,单次双向输入地震动峰值加速度为1.0 g,分析地震作用下填充墙-框架结构变形模式和破坏特点,对比分析有、无落地剪力墙框架结构柱间内力分配规律。研究结果表明,填充墙影响框架结构整体变形及柱破坏模式,横向满砌填充墙约束结构扭转变形,即使在双向地震作用下,偏心结构也未发生扭转;由于窗下半高连续填充墙的约束作用,窗间柱抗侧刚度变大,在地震作用下承担的地震剪力是不受半高连续填充墙约束柱的6～8倍;设置落地剪力墙可优化底层柱间地震剪力分配,使框架柱地震剪力分配趋于均匀,避免结构因“凝震聚力”而发生倒塌,实现“大震不倒”。     

多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构振动台试验研究

验证研究新型多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构的震损和反应特点。制作9层1/40的缩尺模型进行振动台测试,调查结构的震损特点、动力特性和地震反应。结果表明:震损出现在楼板与钢管混凝土柱、核心筒以及钢梁连接处的楼板上,震损破坏为变形引起的连接构造破坏和结构性破坏;自振周期随震损增加而增大,动力放大效应减小,侧向变形和层间位移显著增大;结构平均最大层间位移角超过规范框架-核心筒结构不倒塌限值的4.08倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;相对于超高层结构,多层结构的剪重比显著增大,未出现因倾覆力矩过大而导致核心筒破坏的情况,较大层间位移角与损伤破坏的相关性提高。     

近场地震下竖向刚度不同的混合结构动力性能分析

近场地震的动力特性明显不同于远场地震,因此有必要对结构在近场地震作用下的动力性能展开研究。以上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的加层混合结构为研究对象,对其在近场脉冲型地震、近场无脉冲型地震及远场地震作用下的动力响应进行研究。结果表明:在多遇、设防、罕遇地震作用下,近场脉冲型地震会使结构的层间位移角、层间剪力、加速度等动力响应均放大并出现超限的情况,而且都比罕遇地震作用下结构的响应增大更明显;在进行近场区加层混合框架结构的设计和建设时,近场脉冲效应会使结构存在不满足规范的情况,有必要对竖向刚度不同的加层混合结构在近场区的适用性进行深入研究。     

强震下钢筋混凝土框架和砖混结构的动力响应分析——以云南漾濞6.4级地震为例

以2021年5月21日云南漾濞6.4级地震所获取的漾濞台强震动记录作为输入,对不同高度(低层、多层和高层)钢筋混凝土框架结构以及一低层砖混结构进行动力时程分析,探讨不同高度钢筋混凝土框架结构动力响应特点,对比砖混结构与低层框架结构地震响应的不同,并对结构进行性能评定.主要分析结果表明,所有结构的楼层加速度响应中,竖向加速度放大效应显著,尤其是低层框架;框架结构Y方向楼层傅里叶幅值谱峰值主要在1~2.5 Hz频率范围;多层框架的层间位移角响应更大;所有框架结构以及设防的砖混结构层间位移角均未超过中等破坏限值;与低层框架结构相比,基本周期更短的砖混结构水平向楼层加速度放大效应更为显著;设防的砖混结构具有良好的抗震性能.分析结果可为灾区震害评估和震后修复提供指导,同时为建筑结构抗震设计提供一定参考.