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。     

超大型混凝土冷却塔基础隔震与层间隔震性能对比研究

为研究隔震技术对超大型冷却塔抗震性能的影响,以某混凝土冷却塔为研究对象,利用SAP2000分别建立基础隔震与层间隔震的冷却塔有限元模型,开展了结构动力特性分析和非线性时程分析,与非隔震冷却塔相比,对比分析了基础隔震与层间隔震的隔震效果。研究结果表明：基础隔震技术与层间隔震技术均能有效地延长冷却塔结构的自振周期,降低结构地震反应,第一阶自振周期延长至近3倍,整体平动模态提前至前两阶,扭转模态提前至第三阶。对比基底剪力,基础隔震的减震性能略优于层间隔震;对比相对位移,喉部以上,基础隔震与层间隔震的冷却塔减震效果基本相同,喉部以下,层间隔震的减震效果优于基础隔震;对比加速度放大系数,塔筒各位置处基础隔震的减震效果均优于层间隔震,支柱位置处,与非隔震冷却塔相比,基础隔震的加速度略有放大。研究结果可为冷却塔的减隔震分析提供参考。     

多塔高层结构隔震设计与分析

结合某多塔高层隔震结构,采用弹性时程分析方法,分析了隔震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的响应。主要包括自振周期、层间剪力、倾覆力矩和楼层位移等内容。结果表明,与非隔震情形相比,结构的自振周期明显增大,地震作用得到了较大的衰减。结构在地震作用下的隔震效果明显,楼层剪力及倾覆力矩均得到折减,在罕遇地震作用下隔震效果尤为显著。层间位移主要集中在隔震层,上部结构的层间位移几乎为零。     

地震动特性对隔震结构弹塑性位移反应谱的影响研究

根据特定震源机制、震级、断层距和场地条件选取69条地震动记录并进行分组,利用Nspectra软件计算隔震结构的弹塑性位移反应谱,分析断层距、场地条件、震级、阻尼比对弹塑性位移谱的影响,探讨隔震层的力学参数对地震能量耗散的影响。研究结果表明:相较于远场,处于近场的隔震结构最为不利,隔震层位移谱值受场地条件、地震加速度和速度大小影响较大;随着断层距的增大,位移谱值衰减较快,且在软土场地中隔震层的位移谱值衰减幅度大于硬土场地;地震震级大小对位移谱形状的影响不明显,但能够使隔震层的位移谱值产生整体缩放效应;阻尼比在小于0.4的范围内,隔震层在不同地震动特性作用下位移谱值差别较大,但在大于0.4以后,位移谱值及谱形基本趋于一致;屈服力较小(恢复力/重力小于等于1)的隔震层随自振周期增大其耗能性能更加突出。     

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。     

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。     

无填充墙基础隔震RC框架在环境激励下的动力特性

对一基础隔震钢筋混凝土框架结构在无填充墙情况下进行了环境激励下的动力测试,重点利用Hilbert-Huang变换与随机减量技术相结合的方法识别了其模态参数,并与随机子空间识别法、有理分式多项式法识别的结果进行了对比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本周期远小于多遇和罕遇地震工况下设计计算的基本周期;等效黏滞阻尼比很小,近乎于基础固定模型。对隔震层阻尼特性的分析表明,环境激励下可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以识别的模态参数为基准,采用优化的方法数值反演了环境激励下该结构隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.75倍。     

基础和屋顶隔震混凝土结构的地震振动台实验研究

通过使用平面尺寸为4.0m×4.0m的地震模拟器即振动台,对基础和屋顶隔震体系的控制性能进行了比较研究。试验包括三个三层无隔震、基础隔震和屋顶隔震混凝土框架结构模型。屋顶隔震包括板和叠层橡胶支座(LRB)。输入振动台的模拟地震动分别是1940N-S地震动、人工模拟山东地震动和人工模拟上海地震动。通过分析三个三层模型在白噪音扫描下的动力特性,首先评价了基础隔震与屋顶隔震体系的控制性能。实验结果显示,尽管基础隔震与屋顶隔震有着不同的工作原理,但基础隔震和屋顶隔震体系都能够明显地减小结构的位移和加速度响应(包括层间位移)。而且前者有更好的有效性。值得注意的是,屋顶隔震体系由于实施相对方便,因而可能成为减小中低层建筑结构地震损伤的优先选择。     

局部隔震结构的抗震性能分析

基础隔震是提高结构抗震能力的一种有效措施。近十几年各国学者对此进行了许多研究,已提出一些实用的基础隔震形式。本文对它们的抗震性能进行了总结,同时根据结构动力分析的基本概念,提出了局部隔震结构形式。它由主、附两个结构组成,附属结构设置隔震层,因而它的自重可用来产生摩擦力,消耗地震动传给结构的能量;主体结构不设隔震层,因而它的侧向刚度可限制整个结构产生过大侧向位移。为定量研究此结构形式的抗震性能,本文利用随机振动的离散分析方法计算了它在地震动激励下的随机响应,结果表明它较整体隔震形式具有明显的优越性。     

基础隔震密肋复合墙结构的地震随机响应分析

在给出密肋复合墙结构弹性刚度的基础上,建立了基础隔震结构的运动方程,利用随机振动的理论,将地震波过滤白噪声地震动模型输入,运用状态空间法,得出了层间最大位移的概率统计特性,从而建立了其均值和均方差的计算公式.通过算例分析表明,增大上部结构自振频率与隔震结构的频率的比值可以增大隔震层最大位移的反应,提高隔震层的阻尼比可以降低隔震层最大位移的反应;对其参数进行合理的配置,可使该结构体系隔震效果达到最优.     

导管架式海洋平台结构阻尼隔振体系及其减振效果分析

导管架式海洋平台结构是当前应用最广的一种平台结构形式。本文研究导管架式海洋平台结构阻尼隔振体系及其减振效果。针对导管架式海洋平台结构的型式与特点，为了充分发挥阻尼器的耗能减振作用，提出了在平台结构导管架端帽和甲板之间设置柔性阻尼层的新型阻尼隔振方案。针对渤海JZ20－2MUQ平台结构，建立了海洋平台结构阻尼隔振体系简化计算模型，研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整体和隔振层层间相对位移的控制效果；进行了多种冰荷载工况和地震工况的数值模拟。结果表明，阻尼隔振方案是导管架式海洋平台结构的一种有效的减振措施。     

某高精密设备平台基础隔振措施分析

结合某高精密设备平台基础隔振实际工程,基于UPFs(User Programmable Features)二次开发特点,提出考虑基础-地基-基础动力相互作用计算基础隔振分析的三维有限元方法。该方法首先将动力机器、周围地基以及高精密设备平台基础作为完整的研究对象,通过引入三维紧支黏弹性边界单元模拟半无限地基辐射阻尼效应和远场介质的弹性恢复性能,并在通用有限元软件ANSYS中实现。进而基于最小二乘方法回归分析得到振动衰减关系曲线,通过其与数值分析结果的对比验证计算模型的合理性。最后针对此工程场地条件建立隔振沟减振隔振措施的有限元模型,并对隔振沟影响因素的减振效果进行分析。计算结果表明,隔振沟的位置、深度以及长度是实际工程中需要考虑的重要因素,对其进行合理的选取可获得较好的隔振效果。     

平扭耦联隔震体系隔震支座阻尼分布影响分析

为了研究铅芯橡胶隔震支座的阻尼分布对平扭耦联隔震体系隔震效果的影响,本文对一个三层两跨钢框架,通过调整上部结构负重块位置及下部铅芯橡胶隔震支座的分布位置,进行不同偏心工况下平扭耦联隔震体系地震模拟振动台试验,获得了不同偏心工况、不同阻尼分布情况下结构位移和加速度的时程曲线。试验和分析表明:隔震层阻尼中心与上部结构的质心位置接近,或者增大隔震层的阻尼半径,可显著地降低上部结构的扭转反应。     

多级串联非比例阻尼隔震结构地震响应分析

建立了多级串联非比例阻尼隔震结构动力分析模型;引用分区瑞利阻尼模型将非比例阻尼矩阵分解为瑞利阻尼矩阵和体现非比例阻尼的余项阻尼矩阵,推导出结构的阻尼矩阵;并编制了MATLAB动力时程分析程序,对一实际隔震工程进行地震响应分析.结果表明:随着下部结构刚度的增加,结构的层剪力比和隔震层位移响应峰值均趋向于基础隔震结构的对应值;当下部结构为一层,且层间刚度大于上部结构底层层间刚度4～6倍时,可以近似按基础隔震结构进行动力分析.     

新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1:5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。     

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。     

地铁列车荷载作用下Duxseal-WIB隔振性能数值分析

城市轨道交通快速便捷的同时,地铁运行产生的环境振动问题也日益突出.Duxseal作为一种工业填料,具有良好的阻尼性能并能吸收振动反射能,将其运用到地铁隔振中,提出一种带孔波阻板填充Duxseal(DXWIB)的隔振方法.通过建立三维ABAQUS有限元模型,对比分析波阻板(WIB)、蜂窝状波阻板(H WIB)和DXWIB...     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90％以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器（MRD）的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc—Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值（VDV）的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

抗震结构的阻尼减振效果分析

研究了抗震结构的阻尼减振效果。首先，考虑了单自由度体系在不同频率简谐干扰作用下阻尼比对结构反应的减小效果；然后，考虑了阻尼比对结构地震反应谱的影响，分析了我国现行建筑抗震设计规范反应谱，并讨论了不同阻尼比对水平地震影响系数的修正公式。     

Roles of soil-structure interaction and damping in base-isolated structures built on numerous soil layers overlying a half-space

This study examines the roles of soil-structure interaction (SSI), higher modes, and damping in a base-isolated structure built on multiple layers of soil overlying a half space. Closed-form solutions for the entire system, including a superstructure, seismic isolator, and numerous soil layers overlying a half-space, were obtained. The formulations obtained in this study simply in terms of well-known frequencies and mechanical impedance ratios can explicitly interpret the dynamic behavior of a base-isolated structure interacting with multiple soil layers overlying a half-space. The key factors influencing the performance of the isolation system are the damping ratio of the isolator and the ratio of the natural frequency of the fixed-base structure to that of the isolated structure by assuming that the superstructure moves as a rigid body. This study reveals that higher damping in the base isolator is unfavorable to higher mode responses that usually dominate the responses of the superstructure and that the damping mechanism plays an important role in transmitting energy in addition to absorbing energy. It is also concluded that it is possible to design a soft soil layer as an isolation system for isolating vibration energy.