安装粘弹性转角阻尼器的海洋平台—摇摆墙体系抗震性能分析

在海洋平台摇摆墙体系基础上,在摇摆墙底部的铰接点处安装一粘弹性转角阻尼器,进行被动消能结构振动控制,利用ANSYS进行地震荷载作用下的抗震性能验算,并对阻尼器的刚度和阻尼参数进行了分析。结果表明,在摇摆墙底部施加的转角阻尼器能显著降低结构的地震反应。     

基于Pushover方法的柱端铰型受控摇摆钢筋混凝土框架抗震性能分析

柱端铰型受控摇摆钢筋混凝土框架采用整体结构刚度"弱化"的方式来减小结构的地震作用效应,同时通过设置层间阻尼器来控制结构地震位移响应并消耗地震能量。模拟地震振动台试验研究结果表明,在罕遇地震作用下,模型主体结构未见损伤,结构抗震性能优异。首先介绍柱端铰型受控摇摆钢筋混凝土框架结构形式,并进行有限元计算分析,通过与试验结果对比验证数值建模的正确性,其次使用Pushover分析方法对比和评定无控及受控状态下柱端铰型摇摆框架的抗震性能。分析结果表明,通过设置层间耗能阻尼器,受控柱端铰型摇摆框架的位移响应可以得到有效控制,地震加速度和位移响应满足抗震性能指标。     

摇摆墙刚度对框架摇摆墙结构抗震性能的影响分析

为研究摇摆墙刚度对框架摇摆墙结构抗震性能的影响,对1个4层钢筋混凝土框架结构模型,用有限元软件SAP2000对附加不同刚度的摇摆墙结构进行了静力非线性分析。分析结果表明:随着摇摆墙刚度的增大可以逐渐改善框架的抗震性能,使框架变形更加均匀,层间位移角更趋于一致。但刚度增加到一定程度后,其值进一步增大时结构的抗震性能趋于稳定。对于本文的结构模型摇摆墙与框架的刚度比小于1.27%时,对框架的破坏机制影响很小。摇摆墙的刚度比大于2.48%时,开始改变框架的破坏机制,逐渐从层破坏机制变为整体破坏机制。摇摆墙的刚度比大于6.81%时,结构具有稳定的整体破坏机制。     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

摩擦摆基础隔震上部偏心结构地震反应影响因素分析

对上部结构存在偏心的摩擦摆基础隔震结构进行了水平双向地震作用下的地震反应分析,研究了上部结构偏心距和抗扭刚度对结构地震反应的影响。分析表明:上部结构偏心距对上部结构和隔震层的位移反应和加速度反应均有较大影响,即使在上部结构偏心距较小时,其对结构地震反应仍有一定程度的影响;上部结构的抗扭刚度对上部结构的加速度反应影响较小,而对上部结构的位移反应影响较大;上部结构的抗扭刚度对隔震层的加速度反应和位移反应影响较小。因而,对于上部结构存在偏心的摩擦摆基础隔震结构,应减小上部结构偏心距并增大其抗扭刚度以减小摩擦摆基础隔震结构的扭转反应。     

受控摇摆式钢筋混凝土框架抗震机理研究

受控摇摆式钢筋混凝土框架结构(controllable rocking reinforced concrete frame,简称CRRCF)是一种新型减震耗能结构。通过对摇摆节点及整体框架进行的低周反复加载试验,研究其滞回特性。根据整体摇摆框架的滞回曲线得到了受控摇摆式钢筋混凝土框架的等效黏滞阻尼比。通过摇摆节点试验及理论分析,提出了摇摆节点的恢复力模型。利用有限元软件ABAQUS对受控摇摆式钢筋混凝土框架结构进行数值模拟,得到了不同节点刚度水平下结构的地震动力响应,并分析得出摇摆节点刚度的合理弱化程度。通过受控摇摆式钢筋混凝土框架和常规钢筋混凝土框架(RCF)的动力响应对比,可以发现CR-RCF结构可以有效降低结构的层间剪力与加速度响应。与RCF结构相比,CR-RCF结构的剪力与位移响应沿楼层分布较为均匀,这有利于防止层间变形过于集中,使各层材料都能得到充分利用。在受控摇摆式钢筋混凝土框架结构中设置耗能阻尼器,进行时程分析可以发现结构的位移响应可以得到有效的控制。     

低频激振器楼面激振试验研究

本文对一座六层双向单跨的1:4钢框架模型进行土槽中低频激振器楼面激振试验,根据牛顿第二定律和作用力与反作用力原理,将激振器输出的信号转化为作用在结构上的动力作用,研究上部动力荷载作用下土与结构的动力相互作用。对采集的信号进行频谱分析和时域分析,研究体系的基频和模型顶层的加速度和位移反应,并与刚性地基上的结果进行比较。结果表明,土与结构的相互作用能有效降低体系的动力反应。考虑SSI效应时,大刚度结构对顶层加速度的削弱及位移的放大可能小于小刚度结构,这种削弱作用的大小主要是由结构的刚重比来决定。     

地下结构地震反应分析拟静力法与动力非线性时程法的比较

以典型的两层三跨地铁地下车站结构为研究对象,采用基于自由场位移场频域等效线性分析结果的反应位移法和反应加速度法分析地下结构的地震弯矩,并与基于ABAQUS软件的地下结构地震反应非线性时程分析的计算结果进行了比较,对比了不同地震动强度、结构刚度及顶板埋深对地下结构地震弯矩的影响。结果表明:输入地震动强度越大,拟静力法与动力非线性时程法计算结果之间的差异越大;地下结构刚度越大,两者之间的差异也越大;中等强度的地震动作用时,相对于动力非线性时程法的计算结果,浅埋结构的拟静力法结果偏大,深埋结构的拟静力法计算结果偏小;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小。该研究结果对地下结构抗震设计方法的比选具有一定的指导意义。     

梁柱组合节点的拟动力试验研究

本文主要介绍了所开展的梁柱组合节点的拟动力试验,梁柱连接采用高强度螺栓平端板形式。试验采用经过调幅的具有不同地震加速度峰值的Ispara地震动作为激励进行加载,对试件在地震作用下的加速度反应、位移反应、滞回性能、刚度和耗能进行分析,对试验现象和结果进行了比较详细的阐述和分析。     

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。     

增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

柔性连接新型砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过5榀钢筋混凝土填充墙框架结构低周反复荷载试验,系统研究了填充墙-框架柔性连接和刚性连接、墙端设置芯柱和不设置芯柱结构的破坏机理和抗震性能,对滞回曲线、骨架曲线、位移延性比、累积耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标进行了分析。试验结果表明:柔性连接方案对结构承载力的提高低于刚性连接方案,但其他性能指标均优于刚性连接方案。例如,提高了结构初始刚度,且刚度退化现象减缓;提高了结构位移延性比和累积耗能;填充墙破损程度减轻;减小或消除了填充墙对框架柱的附加剪力影响等。同时,填充墙内芯柱的设置有效提高了结构承载力、刚度和整体稳定性。     

柱承式立筒群仓结构模型振动台试验研究

为研究不同贮料状态下钢筋混凝土柱承式立筒群仓结构的动力特性及其在地震作用下的动力响应规律,对缩尺比例为1:25的3×3组合柱承式立筒群仓结构模型进行了振动台试验。试验结果表明:柱承式筒仓结构具有“上刚下柔”的特性,使其加速度响应和整体变形均沿高度呈折线型,折点在刚度突变的柱顶和仓壁连接部位;贮料状态对立筒群仓结构动力特性的影响较大,随着贮料质量的增加,群仓模型加速度响应、位移响应的弯折效应均更加明显,边仓和角仓的加速度响应均逐渐增大;贮料及其与仓体间相互作用对耗能的贡献随着台面加载等级的增加而逐渐加大。     

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。     

半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析。结果表明在地震作用下梁柱连接节点半刚性的存在在一定程度上增加结构的侧移,但同时使结构的内力有所降低。     

榕江大桥主桥振动台试验研究

榕江大桥是一座柔梁矮塔斜拉桥,为研究其纵向合理抗震体系和减震措施,设计了1∶20缩尺试验模型,并开展了四台阵振动台试验。通过改变塔-梁的连接方式,建立了无约束体系和粘滞阻尼器体系的试验模型,并分别测试不同地震激励下的地震反应。试验结果表明:与无约束体系相比,粘滞阻尼器体系不能减小结构的纵向加速度反应,但能够有效减小纵向位移反应,且随着动峰值加速度的增加,位移控制的效果更明显;在具有相同动峰值加速度的不同地震波激励下,结构的地震响应存在差异,甚至相差较大,应选取与工程场地频谱特征值相符的地震波进行桥梁抗震设计。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷栽作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明：当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析

首先基于地震作用下地下结构的变形受周围地基土变形控制这一相互作用特征,在反应位移法的基础上讨论两种简化分析方法:一种是将土层变形施加在模型边界模拟地震作用;另一种是将土层加速度施加到整个模型上模拟地震作用。这两种简化分析方法都避免了反应位移法中弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。其次分析不同地震动强度、不同侧边距的计算结果,并用动力时程分析的计算结果校核,分析两种简化计算方法的精度。结果表明:随着地震动强度的增加两种简化分析方法的计算结果都令人满意,使用强制反应位移法时建议侧边距取两倍结构宽度,使用反应加速度法时建议侧边距取三倍以上结构宽度。     

TLD对海洋平台地震反应控制的简化计算方法

调频液体阻尼器（Tune Liquid Damper，简称TLD）对地面结构位移反应与加速度反应的较好控制作用已得到理论与试验的验证。本文在此基础上研究了TLD对海洋平台动力反应控制的简化计算方法。计算中，TLD中液体的控制力采用较精确的数值计算法和简化计算法两种方法，通过对海洋平台地震反应计算的结果表明，该简化计算方法具有很高的精度，其结果对海洋平台的抗震设计具有借鉴作用。