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。     

隔震层的滤波效应分析

从隔震层改变地震动输入特性的角度出发,采用有限元分析软件Etabs9.7.2对某隔震建筑进行弹性时程分析,对原输入地震动及经过隔震层后的衰减地震动时程进行分析对比得出:经过隔震层的过滤作用后,衰减地震动时程的峰值加速度减小到原输入地震动峰值的1/4~1/3;衰减地震动时程的反应谱及傅立叶谱幅值均显著减小;经过隔震层后衰减地震动时程的反应谱平台段显著缩短,并且衰减地震动时程的中、高频成分含量显著减少,在隔离地震作用效果上,隔震层滤波作用与延长结构周期的反应谱原理是等效。     

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.     

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。     

基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析

利用小波多分辨率分析将地震动加速度分解为多频段小波分量,并运用复模态方法推导其计算层间隔震体系在地震作用下的动力响应公式,讨论各频段地震信号及结构响应的能量分配。同时利用小波时频工具分析地震动能量在时频域内的分布对层间隔震结构响应的影响,进而为考察地震动非平稳性对层间隔震结构非线性分析的影响提供方法。利用小波分析的以上优势,对一典型层间隔震结构分别进行弹性和弹塑性分析,结果表明弹性体系在地震作用下的响应可由该地震波各小波分量的响应叠加而得,地震动能量在时间上的集中会对层间隔震结构响应产生不利影响。     

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。     

结构偏心对基础隔震结构地震反应的影响

本文对基础隔震偏心结构在不同场地上的地震动作用下的反应进行了深入研究，探讨了上部结构偏心、隔震层偏心、场地条件等因素对于基础隔震结构地震反应的影响，选取了能反映结构偏心特性的参数，以便将分析各因素对隔震结构地震反应的影响转化为分析参数的影响。通过大量的数值计算与分析，得到了一些对实际工程有意义的结论。     

三维隔震单层球面网壳结构频率相关变阻尼半主动控制

在不同频率特征的地震动作用下,三维隔震单层球面网壳结构隔震层最优阻尼设计不同.文中基于单自由度体系加速度传递率函数,提出一种地震动主频相关的加速度阈值变阻尼半主动控制方法以及地震动主频分区识别方法.基于ABAQUS软件的DLOAD子程序,开展了三维隔震单层球面网壳被动控制与半主动控制有限元计算,对节点加速度、杆件轴力进...     

上部结构与基础隔震层偏心对结构地震响应的影响

随着基础隔震技术的发展,我国在高烈度地区广泛开展基础隔震技术的工程应用必将成为一种趋势,但由于建筑功能和建筑造型的丰富多彩,结构的质量中心和刚度中心也趋于分布不均匀,以三层的钢框架结构为分析模型,利用结构分析软件Sap2000对上部结构质量中心和隔震层质量中心、刚度中心分布不均匀的三种方案进行单向水平地震作用下的非线性时程分析,分析结果表明:上部结构质量中心与隔震层质量中心存在偏心距对结构的扭转效应以及地震响应有较大的影响,减小上部结构的偏心距对调整结构的水平地震响应的影响成效最为显著;对于隔震层而言,隔震层的刚度中心偏心距较质量中心偏心距对上部结构的影响更大,有效控制隔震层刚度中心的偏心距在隔震设计中会更加有效。     

长周期地震动参数与隔震结构响应参数的相关性研究

从Chi-Chi地震动数据中选取20条近场长周期地震记录和20条远场长周期地震记录,再从汶川地震渭河地震动数据中选取20条远场长周期地震记录作为输入,研究各个地震动记录相对应的地震动强度参数及其之间的相关性,筛选出了适合于长周期地震动的地震动强度指标,采用Pearson相关系数对筛选出的地震动强度指标与隔震体系的隔震层位移响应之间的相关性进行分析。结果表明:①在近、远场长周期地震动作用下,中长周期隔震结构的隔震层位移响应与频谱特征参数的相关性比较好,在进行中长周期隔震结构的抗震性能研究时,PGD、Sd_avg及DSI与隔震结构的相关性较好,地震动强度指标在集集近场建议选取PGD和Sd_avg,集集远场建议选取DSI和D/V,渭河远场建议选取Sd_avg和DSI;②在强相关范围内考虑相关性的高低,近场和远场的长周期地震动强度指标建议分别选取PGD和DSI。     

SMA三维隔震复合支座单层柱面网壳结构的地震响应

大跨空间结构具有空间跨度大,结构整体刚度大、受力合理、耗材少、重量轻等优点,在世界各地应用前景非常广阔。但在强震作用下,此种结构破坏严重,经济损失惨重。震害经验与理论研究表明地震动是一种复杂的多维运动,只考虑单分量水平地震作用是不够的,还应考虑竖向地震分量对整体结构的影响。在作者研制的SMA-叠层橡胶支座的基础上,针对竖向刚度大、竖向隔震效果不明显的问题,研制一种在上部串联加入碟形弹簧的新型三维隔震支座,并建立一典型的单层柱面网壳结构模型,在输入不同峰值地震动情况下,通过时程反应分析可见,SMA三维隔震支座下结构位移、加速度峰值与普通橡胶支座对比明显降低,时程曲线趋于平缓,典型的杆件轴力也有明显降低,说明了SMA三维隔震复合支座隔震效果更好。     

远场长周期地震下基于规范设计隔震结构的抗震性能研究

隔震结构具有较长自振周期,且容易受地震动长周期特性的影响,因此其在长周期地震动作用下的抗震性能值得研究。以某基于规范设计的基础隔震结构为例,通过对该结构在规范规定地震作用和远场长周期地震作用下的地震响应进行分析和对比,研究长周期地震动对结构地震响应的影响;通过对钢筋和混凝土的损伤状态进行定义和标识,探讨长周期地震作用下基础隔震结构的损伤分布规律。研究结果表明,长周期地震动作用下隔震结构发生破坏的概率远大于具有相同峰值地面加速度的普通地震动,其中长周期地震动反应谱的谱峰值"后移"被认为是造成这种情况的主要原因,且长周期地震动作用下隔震结构的损伤分布并不均匀,其主要集中在结构的底层。     

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。     

近场地震作用下不规则层间隔震结构的动力响应分析

层间隔震结构作为一种新型的隔震形式,不仅可以降低上部结构的动力响应,还可以弥补基础隔震结构的不足.现有研究多集中在远场地震作用下的规则层间隔震结构.本文利用通用结构分析与设计软件SAP2000分别模拟了一幢8层带裙房钢筋混凝土框架层间隔震结构、基础隔震结构和抗震结构,分析并对比了三种结构在近场地震作用下动力响应特征.结果表明在近场条件下三种结构顶层均出现不同程度的鞭梢效应;相比抗震结构两种隔震结构具有很好的减震效果,而且基础隔震结构的减震效果好于层间隔震结构;由于结构刚度突变的部位剪力较大,所以应对其裙楼顶部予以加强.     

考虑SSI效应的层间隔震等效简化方法研究

通过离散弹簧模型模拟层间隔震结构的土-结构相互作用(SSI效应),建立了层间隔震结构考虑SSI效应的简化4自由度体系(4-DOF)的结构动力方程,推导了由4自由度体系(4-DOF)向等效2自由度体系(2-DOF)的等效方程。基于等效2-DOF简化计算模型,给出了考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应预测的计算流程,并通过一个算例对两种简化模型进行了对比验证分析。结果表明:对层间隔震结构进行考虑SSI效应的地震响应预测分析时,基于等效2-DOF的简化计算模型可替代常用的4-DOF模型,方法简单有效且精度符合要求。     

基于磁流变阻尼器的层间隔震结构半主动控制研究

提出了一种层间隔震结构的半主动控制模型,建立了其振动控制方程,采用磁流变阻尼器作为控制器来施加控制力,通过编制计算机程序进行仿真分析。研究表明,对层间隔震结构进行半主动控制是有效的,结构的隔震层相对位移和顶层位移反应大大降低,进行半主动控制可以达到与主动控制相接近的控制效果;隔震层阻尼、隔震度和隔震层位置对层间隔震结构的控制有明显影响。     

永久位移对隔震结构地震响应的影响分析

为分析永久位移型地震动对隔震结构地震响应的影响,文中对单层单跨结构有限元隔震模型分别输入永久位移型及非永久位移型地震动,以探究隔震结构在2种类型地震动输入下的地震响应差别。单层单跨隔震结构有限元模型的数值分析结果表明：相比较非永久位移型地震动,永久位移型地震动作用下隔震层加速度以及位移响应较大。当峰值加速度输入一致时,永久位移型地震动作用下隔震层峰值加速度相较于非永久位移型地震动增大约10%～30%;永久位移型地震动作用下隔震支座最大相对位移相较于非永久位移型地震动增大约10%～40%;随着2种类型地震动峰值加速度的增加,隔震结构同一隔震支座的最大相对位移差值呈现出增大的趋势。     

考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析

为了研究桩土、隔震层与罐体相互作用对15×104m3隔震储罐地震响应的影响,桩与隔震层采用弹簧-阻尼单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA建立数值仿真分析模型,在8度E1 Centro地震动激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析.结果表明:隔震储罐基底剪力和基底弯矩相对于非隔震储罐明显降低,储罐罐壁加速度沿罐壁高度方向近乎平动,但对波高的控制效果不明显;除罐壁顶部外,动液压力明显降低;隔震后,罐壁有效应力和环向应力减震效应明显,对轴向应力和径向应力影响较小,建议从安全角度考虑,储罐非隔震设计时不考虑桩土作用,隔震设计时考虑桩土对罐体的影响.