加层减震结构振动台试验分析

本文针对一加层减震模型结构对隔震层上下部频率比进行优化设计,对隔震层采用侧移刚度偏小值、优化值和偏大值的加层减震模型结构进行地震模拟振动台试验。试验结果表明,经过参数优化设计的加层减震模型结构有明显减震效果,在试验中使设防水准提高了一级,由直接加层的局部破坏到加层减震后的大震不坏;对于一般的加层减震结构,采用以最大限度地降低既有结构的层间位移为优化目标是合理的,具有普遍的工程意义。     

层间隔震结构模型降阶和优化分析

基于模态综合理论,对层间隔震结构的多质点计算模型进行了降阶分析,推导了1个新型的两质点模型。与常规的两质点模型相比较,本模型中下部质点的质量为隔震层下部子结构的第1阶模态质量而不是总质量,并且下部质点所受的地震作用要考虑下部子结构的第1阶振型参与系数。与常规两质点模型相比较,提出的模型在预测顶部加速度和基底剪力方面与多质点全模型的计算结果更为接近,尤其是在预测基底剪力方面。据此,基于底部剪力均方值最小评价指标对隔震层的优化参数给出了解析解。进一步的,考察了隔震层设置位置对层间隔震结构减震效果的影响,分析表明,当隔震层位置处于原结构的下部时,对顶层加速度和基底剪力有较明显的减震效果,随着隔震层所处楼层的提升,减震效果逐渐减弱,因此隔震层的位置应优先安装在结构的中下部。     

层间隔震技术评述

层间隔震结构是隔震技术的新发展,它将隔震层设置在建筑物某层柱子和楼板之间进行结构的地震反应控制。层间隔震结构在减震机理、振动特性以及设计方法等诸多方面有别于基础隔震结构和屋盖隔震结构。本文对层间隔震结构的适用范围、优点以及其在实际工程中的应用情况进行了综述,最后,指出了层问隔震结构需要进一步研究的问题。现有的研究成果和工程应用情况表明,层间隔震结构具有明确的减震效果,施工方便,是一种具有发展前途的减震体系。     

基于动力可靠度的隔震结构参数模糊优化

分别选取Bouc—Wen和退化Bouc—Wen模型描述隔震层及上部结构滞变回复力，采用虚拟激励法进行隔震结构随机响应分析。用各层最大层间位移响应和累计疲劳损伤指数建立双参数的功能状态方程，用一次二阶矩理论计算隔震结构失效概率。选用一个隔震框架作为数值算例，探讨了低频过滤器、隔震阻尼比和隔震刚度对隔震结构各子系统条件失效概率的影响。建立了隔震结构参数多目标优化模型，用失效概率确定单因素评判的隶属度，并采用最大隶属度法对隔震参数进行模糊优化。     

基于能量的多层框架结构“加层减震”体系参数优化研究

提出了基于能量的参数优化准则,即以隔震层抗侧刚度和阻尼比为优化参数,以隔震层的应变能期望值占结构总应变能期望值的比例为目标函数,在改进的Kanai - Tajimi模型激励下,使该比例取极大值.利用上述优化准则,对一加层工程实例进行了参数优化.结果表明:目标函数受隔震层抗侧刚度的变化影响较大,受阻尼比变化影响很小;而总应变能对阻尼比变化较敏感,而对抗侧刚度的变化不敏感.因此参数优化时,可以考虑保持抗侧刚度不变,增大阻尼比而保证目标函数值变化不大,同时可以减少结构的总应变能.扫频分析表明:从应变能角度优化参数拓宽了频率控制范围,而且可以达到很好的控制效果,特别是在共振区域,各层响应较加层前均有较大的减小,同时时程分析也表明减震效果比较显著,证明了该优化方法的可行性及合理性.     

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。     

近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构的减震效果分析

近场地震动具有很高的加速度峰值和长周期的速度脉冲,因此能够对结构造成严重的破坏.基础隔震是一种有效的减震技术,然而这种单一的减震手段在低频具有很高能量的近场脉冲型地震动作用下已不能确保结构的安全,必须寻求新的减震策略.本文将速度脉冲模型与随机地震地面运动模型联合来生成近场脉冲型地震动,并以此作为激励,用MATLAB对近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构及独立基础隔震结构的地震响应进行求解,比较研究该混合控制结构的减震效果.结果表明该混合控制方式可以有效地控制结构的位移,而对加速度的控制效果不明显.     

单层工业厂房-TMD减震控制系统研究

提出了采用质量调谐减震控制技术对厂房结构进行减震控制的方法。利用屋盖系统作为附加质量,屋盖支座采用夹层橡胶隔震垫,建立了厂房-TMD系统模型,并用非线性时程分析法对其进行了多种地震动激励下的计算分析,探讨了厂房-TMD减震体系减震效果的参数影响及减震机理。结果表明,采用质量调谐减震技术对单层工业厂房进行减震是一种有效的方法。     

大跨铁路钢桁连续梁桥减隔震方案比较研究

为研究适用于大跨铁路钢桁连续梁桥的减隔震方案及合理优化参数,以一座全长504 m的三跨铁路钢桁连续梁特大桥为工程背景,使用非线性结构分析软件SAP2000建立有限元模型,采用快速非线性分析方法分析对比摩擦摆、阻尼器、速度锁定器等减隔震方案在各种装置参数下的减震效率。研究表明:由于大跨铁路钢桁连续梁桥墩身自振导致的地震力较大,摩擦摆方案内力减震效率一般,同时墩底内力对滑动面半径变化并不敏感,在选取滑动半径时应更多地考虑行车平顺性和梁端位移值的限制。速度锁定器会极大地增加此类桥梁地震输入能量,不适用于此类桥型。阻尼器方案对活动墩内力减震效果明显,但不能有效降低固定墩内力。摩擦摆支座附加阻尼器组合减震方案能有效控制此类桥梁的内力和位移响应。研究结论可为大跨度钢桁连续梁桥减隔震设计提供参考。     

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。     

Optimized earthquake response of multi‐storey buildings with seismic isolation at various elevations

The response of multi‐storey structures can be controlled under earthquake actions by installing seismic isolators at various storey levels. By vertically distributing isolation devices at various elevations, the designer is provided with numerous options to appropriately adjust the seismic performance of a building. However, introducing seismic isolators at various storey levels is not a straightforward task, as it may lead to favourable or unfavourable structural behaviour depending on a large number of factors. As a consequence, a rather chaotic decision space of seismic isolation configurations arises, within which a favourable solution needs to be located. The search for favourable isolators' configurations is formulated in this work as a single‐objective optimization task. The aim of the optimization process is to minimize the maximum floor acceleration of the building under consideration, while constraints are specified to control the maximum interstorey drift, the maximum base displacement and the total seismic isolation cost. A genetic algorithm is implemented to perform this optimization task, which selectively introduces seismic isolators at various elevations, in order to identify the optimal configuration for the isolators satisfying the pre‐specified constraints. This way, optimized earthquake response of multi‐storey buildings can be obtained. The effectiveness of the proposed optimization procedure in the design of a seismically isolated structure is demonstrated in a numerical study using time‐history analyses of a typical six‐storey building. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

层间隔震技术在地铁车辆段大平台上部土地开发上的应用研究

为开发北京地铁八王坟车辆段大平台上部空间,层间隔震技术被采用。通过非线性时程分析和模拟地震动振动台试验,研究了此层间隔震结构体系的抗震性能。研究结果表明采用隔震技术后,结构体系抗震性能得到很大提高,其地震响应满足规范要求。     

基于能量的高层建筑分段隔震体系参数优化

针对带转换层复杂高层建筑抗震性能较差的缺点,提出新型的分段隔震体系.本文从随机振动理论和能量平衡原理出发,建立了基于能量的分段隔震结构被动控制参数优化方法.通过MATLAB编程对算例进行多工况参数分析,获得了控制参数对隔震层与地震总输人能量的比值的影响规律:中间隔震层位于结构中部附近时,存在最优频率比和阻尼比使得隔震层...     

An alternative approach for the seismic rehabilitation of existing RC buildings using seismic isolation

Usually, buildings with seismic isolation are designed to comply with an operational building performance level after strong earthquakes. This approach, however, may limit the use of seismic isolation for the seismic rehabilitation of existing buildings with low lateral strength or substandard details, because it often requires invasive strengthening measures in the superstructure or the use of expensive custom‐made devices. In this paper, an alternative approach for the seismic rehabilitation of existing buildings with seismic isolation, based on the acceptance of limited plastic deformations in the superstructure under strong earthquakes, is proposed and then applied to a real case study, represented by a four‐storey RC frame building. Nonlinear response‐time histories analyses of an accurate model of the case‐study building are carried out to evaluate the seismic performances of the structure, comparing different rehabilitation strategies with and without seismic isolation. Initial costs of the intervention and possible (future) repair costs are then estimated. Based on the results of this study, values of the behavior factor (i.e. response modification factor) higher than those adopted in the current codes for base‐isolated buildings are tentatively proposed. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑动力相似关系试验研究

模型试验的动力相似理论是结构抗震试验技术中的一个基础性研究课题。本文设计实现了1/10、1/20和1/30三个不同比例的钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台模型试验。通过对三个模型试验结果的对比研究,对钢-混凝土混合结构高层建筑的动力相似关系进行了初步探讨。试验结果表明,按照本文的动力模型的设计施工及试验要求进行的不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台试验,在自振频率、振型、加速度放大系数、楼层最大位移、楼层剪力等动力特性和动力反应方面具有较好的相似性。试验结果一方面说明对这三个模型采用的动力相似关系和制作方法是合理的,另一方面也说明了对钢-混凝土混合结构房屋采用较小的1/30比例进行振动台试验是可行的。     

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。     

Probabilistic seismic response and reliability assessment of isolated bridges

Bridge seismic isolation strategy is based on the reduction of shear forces transmitted from the superstructure to the piers by two means: shifting natural period and earthquake input energy reduction by dissipation concentrated in protection devices. In this paper, a stochastic analysis of a simple isolated bridge model for different bridge and device parameters is conducted to assess the efficiency of this seismic protection strategy. To achieve this aim, a simple nonlinear softening constitutive law is adopted to model a wide range of isolation devices, characterized by only three essential mechanical parameters. As a consequence of the random nature of seismic motion, a probabilistic analysis is carried out and the time modulated Kanai-Tajimi stochastic process is adopted to represent the seismic action. The response covariance in the state space is obtained by solving the Lyapunov equation for a stochastic linearized system. After a sensitivity analysis, the failure probability referred to extreme displacement and the mean value of dissipated energy are assessed by using the introduced stochastic indices of seismic bridge protection efficiency. A parametric analysis for protective devices with different mechanical parameters is developed for a proper selection of parameters of isolation devices under different situations.     

Seismic response of three‐dimensional r/c multi‐storey frame building under uni‐ and bi‐directional input ground motion

This paper deals with seismic analysis of plan‐asymmetric r/c frame multi‐storey buildings. Non‐linear numerical analyses are carried out by using a lumped plasticity model for beams and a multi‐spring model for columns, the latter one introduced to account for axial force–biaxial bending moment interaction. A comparison between numerical analyses and experimental test results is reported in order to calibrate the numerical model, showing that the adopted model is very suitable. In order to study the effects of the earthquake orthogonal component, the seismic response of the modelled structure under uni‐directional excitation is compared to the one under bi‐directional excitation. Such comparison shows that the maximum base shear and the top displacement are not very sensitive to the presence of the orthogonal component, which, conversely, leads to large increase in the column plastic excursions. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑震害因子耦合作用的砌体建筑群破坏概率模型研究

砌体建筑群在地震中往往破坏严重损失巨大,合理评估地震作用对不同种类砌体结构造成破坏的风险变得至关重要。传统基于后验概率的地震危险性分析方法忽略了砌体建筑个体差异性的影响,未深入考虑多种震害因子的耦合作用。本文以华南地区砌体建筑群为例,开发了一种集成概率方法来对城市砌体结构的破坏风险进行建模,考虑建筑年代、层数、使用用途和墙厚四类震害因子的耦合影响,采用(Kolmogorov-Smirnov)K-S检验,在设定地震动参数下选取Gaussian分布、Log-Normal分布、Gumbel分布和Beta分布四种概率分布对该地区砌体建筑物的破坏状态概率分布参数进行拟合。通过均方根误差(Root Mean Square Error)RMSE进行拟合优度评价,最终建立基于Gaussian分布和Log-Normal分布的砌体建筑物破坏联合概率模型。最后,以华南地区三个城市典型砌体建筑物为例进行实例对比验证,将基于本文建立的建筑破坏概率模型推算出的砌体建筑群震害矩阵与基于单体结构分析得到的震害矩阵进行对比,与理论值最大偏差为0.033 3。研究表明：本文构建的集成概率方法能够获得更加合理的城市砌体建筑...