西安钟楼的地震响应分析

为了研究高台基和土-结构相互作用对结构地震反应的影响,以西安钟楼为研究对象,建立了钟楼的上部木结构、上部木结构-高台基和上部木结构-高台基-地基的三维有限元模型。选取了兰州波按照多遇地震和罕遇地震进行了地震反应分析,得出高台基对上部木结构的地震响应起放大作用,表明地震响应应该考虑高台基的影响。当考虑土与结构相互作用时,顶层的振动相对于模型1和模型2分别放大了13.53倍和2.27倍,因此对钟楼结构进行地震响应分析时必须考虑土与结构的相互作用。     

高台基古建筑木结构动力特性及地震反应分析

为了分析高台基古建筑木结构的抗震性能,以西安鼓楼为例,分别建立鼓楼的高台基、上部木结构、整体结构的三维有限元模型.通过模态分析,分别获取了它们的主要频率和振型;通过对上部木结构和整体结构模型输入El Centro波、Taft波、兰州波三种地震激励,分析了柱顶节点的地震响应;并对这些有限元分析结果进行了对比.结果表明:高...     

具位移放大机制的流体黏滞阻尼器性能及减震效果分析

为了解决结构层间位移过小对阻尼器性能发挥的影响,依据机械原理,应用齿轮机构,提出了1种新型具位移放大机制的流体黏滞阻尼器,然后根据幂律流体的本构关系,推导了阻尼器力学模型并分析了其耗能减震能力,结果表明该阻尼器耗能能力可放大λ~(1.2)~λ~2倍,其中λ为大小齿轮的直径比。最后选择一12层钢筋混凝土框架结构,分别按不安装黏滞阻尼器、安装普通黏滞阻尼器和安装位移放大2倍黏滞阻尼器3种工况进行多遇和罕遇水准下的时程分析,分析结果表明:安装黏滞阻尼器结构的层间位移角均有不同程度的减小,位移放大2倍黏滞阻尼器减震效果优于位移未放大的黏滞阻尼器,多遇地震水准下的减震效果好于罕遇地震水准下的减震效果;安装位移放大黏滞阻尼器,对顶层的加速度控制效果较其它楼层的好,对层间位移的控制效果好于对加速度的控制效果。     

考虑土-结构相互作用的西安钟楼地震反应分析

为探讨土-结构相互作用对西安钟楼地震反应的影响,建立了钟楼上部木结构-台基-地基三维有限元模型,基于粘-弹性人工边界条件,利用振型分解反应谱法进行了地震反应分析。结果表明,考虑相互作用木结构2层相对位移反应增大了2.12倍,台基相对于地面间的相对位移增大了44%。因此,在对钟楼结构进行地震反应分析时必须考虑土-结构相互作用。     

三层轻木-混凝土混合结构足尺模型模拟地震振动台试验研究

轻型木结构在地震作用下的性能已有了一定的研究基础,但轻木混合结构的抗震性能研究尚未得到充分认识。本文重点介绍了首次进行的3层轻木-混凝土混合结构振动台试验,试验房屋下部一层为钢筋混凝土框架结构,上部二层为对称轻型木结构,模型平面尺寸为6.1m×3.7m。对5个上下抗侧刚度比不同的足尺模型,采用3种地震动沿房屋纵向激振,峰值加速度依次为0.1g~0.5g。每次激振后测定房屋自振频率及对应的阻尼,各层加速度和水平位移,木结构底部与混凝土结构顶部之间竖向相对位移以及螺栓锚固力等。试验结果表明:(1)轻木-混凝土混合结构具有良好的抗震性能;(2)上部木结构与底层混凝土结构间连接可靠;(3)5个模型的振动均以第1振型为主,但对于刚度比大的模型,下部混凝土结构的2阶振动较明显;(4)刚度比大的模型其地震反应小于刚度比小的模型。     

地下隧道横截面内地震动土作用分析

地下隧道抗震分析的关键在于确定地震过程中隧道所受的地震作用,亦即地震动土作用。本文采用间接边界元方法,求解了弹性基岩上覆层状场地中地下隧道所受的横截面内地震动土作用,通过参数分析揭示了地震动土作用的峰值大小、空间分布等基本规律。研究表明,土-隧道动力相互作用对地震动土作用的空间分布形式影响较小,地下隧道结构横截面内所受地震动土作用的空间分布形式与隧道相应位置处自由场土层应力空间分布形式基本一致;土-隧道动力相互作用对地震动土作用有明显放大效应,隧道主要位置点的水平动土作用和竖向动土作用与隧道相应位置处自由场土层应力相比分别放大1.4~2.0倍和1.2~1.6倍;随隧道埋深的增加,隧道所受地震动土作用呈明显增大趋势。最后在此基础上提出了横截面内地震动土作用的一个简化计算方法。该简化方法基于自由场地震响应分析,采用动力放大系数来考虑土-隧道动力相互作用,方法简单实用,计算精度可以满足工程需求。     

基于结构台阵记录的地震响应分析

为了研究土-结构相互作用对高层建筑地震响应数值模拟的影响．选择一栋具有地震观测记录的高层建筑（结构台阵）作为研究对象．利用Abaqus有限元软件和2009年姚安地震加速度记录,并假定了水平成层和有倾角成层的2种土介质模型．进行土-结构动力反应分析。结果表明：有倾角成层土-桩-结构相互作用模型的计算结果与观测资料相比有明显的放大现象,在NS方向体现的更加明显。这说明,就高层建筑的抗震分析而言,土介质模型对计算结果影响很大,在进行地震作用下土-结构地震响应分析时．土层模型应尽可能与真实土层相符。否则其计算结果会产生较大误差。     

某平面不规则大底盘多塔楼隔震结构的抗震性能分析

对8度区某平面不规则大底盘多塔楼基础隔震结构进行了抗震性能分析。根据结构特点采用多串质点系计算模型,利用时程分析法计算对比了隔震结构和非隔震结构在多遇地震作用下的水平剪力,并验算了隔震结构在罕遇地震作用下的水平剪力、层间位移和位移角。分析表明,在水平地震作用下隔震结构相对非隔震结构表现出了良好的减震效果,罕遇地震作用下隔震结构各项指标均满足规范要求。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

2016年1月21日门源MS 6.4地震前重力非潮汐变化特征分析

选取2015—2018年兰州和高台连续重力观测站整点值数据,分析2016年1月21日门源M_S 6.4地震前2个台站连续重力数据非潮汐变化特征,发现2个台站在此次地震发生前1年,分别观测到重力数据出现持续约6个月的重力非潮汐上升变化,月均变化速度分别为9.36μGal、6.17μGal,累计变化振幅分别达到56.15μGal、37.05μGal。通过对观测站点周边观测环境的详细核实和理论计算,排除台站周边环境干扰因素,认为震前6个月的重力非潮汐持续性下降变化应与此次M_S 6.4地震孕震过程有关。本研究结果可为揭示此次门源地震的孕震机理提供一定参考,为后续地震预测中重力观测指标的建立提供一定参考。     

地震动参数对斜坡加速度动力响应规律的影响

2008年‘5.12’汶川大地震诱发斜坡地质灾害在空间分布上表现出了明显的高程效应和岩性效应。本文采用上硬下软和上软下硬两种典型岩性组合斜坡模型,完成了1:100比尺的振动台试验。文中重点分析了地震波类型(频谱)、激振方向和地震动三参数对斜坡模型水平向加速度动力响应规律的影响。分析结果表明:(1)水平单向激振时,15Hz正弦波和汶川地震波作用下的高程放大效应主要体现在斜坡模型中上段,两者在上软下硬组合斜坡模型中产生了近乎相同的水平向加速度动力响应规律,原因主要在于两者的卓越频率接近。(2)模型对合成向汶川地震波的放大作用依次超过单向水平向和竖直向汶川波的作用,且合成向与水平单向汶川地震波的作用规律基本相同。(3)随着振动强度增加,模型对低频波的放大作用增强。(4)在合成向汶川地震动作用下,随着振动强度增加,模型各高程处的水平向加速度峰值(PGA)逐渐增加,其相应的放大系数在模型中上段逐渐降低至2.0以下,最终趋于平缓,表明模型沿高程向的放大效应逐渐减弱。此外,各参数对模型的水平向加速度响应因模型自身的岩性组合结构而异,随着振动强度增加,上硬下软斜坡模型中上部的水平向速度响应值基本保持在1.0～2.7倍于上软下硬斜坡模型中上部的水平向加速度响应值这一水平。     

故宫雨花阁动力特性及地震响应分析

为研究古建筑木结构的动力特性以及抗震性能,获取建筑自身以及内部文物保护的参考依据,以故宫雨花阁为分析对象,进行环境微振动测试,并利用软件SAP2000建立结构有限元模型。经现场测试以及模态分析,得到了雨花阁的主要频率和振型;并通过输入不同地震波（加速度峰值0.4g）,获得了典型节点的地震响应曲线和各层动力放大系数。结果表明:雨花阁的一阶和二阶频率为1.34Hz和1.44Hz,振动形式为两个水平方向平动,与场地的卓越周期1.5Hz较为接近;在8度罕遇地震作用下,结构产生的地震响应较剧烈;顶层南北向的动力放大系数平均可达到2.7,因此内部文物须采取更高标准的加固措施。     

结构-地基耦合振动下地震反应谱特性

随着结构震害统计资料的不断增加,许多结构在地震作用下的宏观破坏现象用现有的反应谱理论不能获得合理的解释。在地震中,结构-地基耦合振动十分明显。就此问题出发,利用集总参数法建立了结构-地基耦合振动模型,分析推导了该模型下的地震反应谱公式。通过实例计算得出了耦合体系在不同频率地震波作用下的反应谱曲线,得出了一些有意义的结论。研究结果表明,对于具有浅埋刚性基础的结构体系在考虑耦合后的地震响应值与现有反应谱理论计算值有明显差异,地震作用在较大结构周期跨度上得到折减,同时,耦合体系对特定频率的地震波有吸收作用,现有反应谱理论没有体现这一点有利作用。     

太和殿基座对上部结构抗震性能影响分析

故宫太和殿是中国古建筑的典型代表,其基座由台基和高台组成。为有效保护古建筑,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例,研究古建基座对上部结构抗震性能影响。基于太和殿基座、浮搁柱底、榫卯连接、斗拱等构造特征,建立两种有限元模型:不考虑基座/考虑基座。通过模态分析,研究基座对太和殿上部结构自振特性的影响;通过Ⅷ度常遇地震作用下的谱分析,研究基座对太和殿上部结构内力、变形分布及峰值的影响;通过Ⅷ度罕遇地震作用下的时程响应分析,研究基座对太和殿上部结构加速度和位移响应的影响。结果表明:考虑基座后,太和殿结构基频减小,主振型参与系数增大;Ⅷ度常遇地震作用下,太和殿结构木构架的变形及主应力峰值略有放大,墙体所受内力减小;Ⅷ度罕遇地震作用下,太和殿典型部位的木构架加速度、位移响应有不同程度放大。因此基座对太和殿上部结构动力放大作用不可忽略。     

基于纤维模型的空间网架支承体系的优化设计与分析

近年来,民用航空制造业的快速发展给大柱距空间网架结构带来新的契机。本文针对某大柱距厂房设计了无柱间支撑、柱间钢支撑和柱间消能支撑3种抗侧力结构体系。在此基础上,分别建立了3种结构体系的三维整体有限元模型,通过优化设计确立了钢支撑和消能支撑的具体设计参数,并进行了多遇地震作用下的弹性时程对比分析。最后,建立了结构弹塑性分析的纤维模型,对3种结构体系进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比研究了3种结构体系在大震作用下的倒塌机制。结果表明：采用纤维模型能够较为精确地进行结构的弹塑性时程分析;相较于不加柱间支撑结构体系,柱间钢支撑和柱间消能支撑结构体系在多遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约32%和64%,在罕遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约12%和46%,且均具有更好的倒塌机制。本文可供大柱距空间结构的设计与分析参考和借鉴。     

地震作用下钢筋混凝土框架-填充墙相互作用分析

对带填充墙的钢筋混凝土框架结构进行数值分析,研究填充墙体对框架结构抗震性能的影响。采用有限元软件ABAQUS建立了填充墙框架结构模型,通过数值模拟分别分析了墙体开洞、墙体材料以及填充墙与框架的连接形式在多遇和罕遇地震下对填充墙框架动力响应及损伤的影响。分析结果表明:刚性连接下的填充墙对框架产生了刚度效应,使得其自振周期为纯框架的0.2~0.7倍,导致在地震作用下的响应增大,但填充墙对框架的约束效应限制了框架柱的变形,增大了结构的抗侧承载力;罕遇地震下填充墙与框架存在复杂的相互作用,开洞填充墙对框架柱产生了约束作用,减小了柱的计算高度,满布填充墙对框架产生斜压杆效应,导致柱端出现附加剪应力容易出现剪切破坏。柔性连接下的填充墙对框架的自振周期影响很小,在进行抗震验算时可不进行自振周期折减,在多遇和罕遇地震波作用下的动力响应以及损伤均与纯框架类似,与抗震规范的设计计算吻合,同时也可避免填充墙的破坏。     

嘉峪关光化楼砖墙结构对抗震性能的影响

以嘉峪关光化楼为研究对象,基于榫卯、斗拱节点、柱墙接触之间的关系,利用ANSYS软件分别建立了纯木结构与砖木混合结构的光化楼模型。通过模态分析和输入多种地震波进行动力时程分析,结果表明:①砖墙结构大大提高了光化楼低阶自振频率,在高阶振型中自振频率的差距逐渐减小;②砖墙结构使结构在地震时程分析下的加速度峰值有了明显增大,这与结构自振周期降低有关;③在地震作用下,砖墙结构使结构的位移峰值显著减小,对防止木构架侧移倒塌有很大贡献;④纯木结构模型位移反应较大,但仍小于木结构建筑弹塑性层间位移角1/50的限值;⑤在Ⅷ度罕遇地震作用下,砖墙结构底部及开洞处的塑性应变较大,具体可能表现为砖墙底部以及砖墙与木门连接处出现裂缝。     

高耸混凝土烟囱土-结构相互作用地震反应分析

目前在高耸混凝土烟囱结构抗震设计和抗震性能评估中,由于缺乏合适的计算模型,一般采用刚性地基假定而忽略土-结构相互作用效应,或者采用传统的集中参数模型而忽略土的非线性特性。针对此不足,本文选用240 m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象,采用OpenSees程序,基于非线性文克尔地基梁模型和基于柔度法的分布塑性梁柱单元,建立了土体-基础-上部结构共同工作的整体非线性有限元分析模型,详细介绍了非线性文克尔地基梁模型主要参数的确定方法;研究了地基土非线性对高耸烟囱结构地震反应的影响,给出了考虑土-结构相互作用效应后结构周期、上部结构的内力和变形分布的变化规律。分析结果表明:考虑土-结构相互作用后,结构的自振特性、内力及节点位移都发生了不同程度的改变;考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.921~1.219、0.732~1.29和0.822~1.536;而不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.838~1.578、0.92~1.76和0.656~2.831。不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型的峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数的取值总体上较大,高估了烟囱结构在地震荷载作用下的内力需求。     

中国古木结构建筑基于位移的抗震加固方法研究

提出了古木结构建筑采用基于位移的抗震加固方法,通过限制水平地震作用下结构的最大侧移和最大滑移而防止结构倒塌,其中最大侧移限值由结构的最大水平惯性力及其自身抗倾覆条件确定,最大滑移限值为柱基础半径。根据最大侧移限值并考虑古木结构建筑的特殊性,确定了在罕遇地震作用下的目标位移角及相应的目标刚度。最后分析了构架刚度下对古木结构建筑侧移和滑移的影响,认为适当加大刚度对建筑是有利的。研究结果可为古木建筑的抗震加固提供科学依据。     

基于震害资料的川西农居地震易损性研究

基于汶川地震等6次典型破坏性地震的震害调查资料,采用基于震害数据调查的经验分析法得出了川西地区农居建筑基于地震烈度的地震易损性矩阵,并采用房屋震害矩阵曲线化分析方法转化计算得出该地区基于地震峰值加速度的地震易损性矩阵。通过分析该地区5类农居建筑的破坏概率和对易损性指数的计算分析,得出不同结构农居建筑的抗震性能排序和抗倒塌能力排序,即穿斗木结构的抗震性能最好,土木结构的抗震性能最差,其余结构类型的抗震性能顺序依次是未设防砖混结构、砖木结构、砖石结构。同时,穿斗木结构的抗倒塌性能最好,然后依次是未设防砖混结构和砖木结构,而土木结构和砖石结构是抗倒塌性能最差的2种结构类型。