隔震结构改进等效线性化设计方法研究

采用现有10种等效周期及等效阻尼比计算公式配合中国《建筑抗震设计规范》(简称《抗规》)加速度谱的等效线性化方法,对100个隔震模型进行位移估算。发现难以取得高精度的位移估算结果。基于此,提出等效周期和等效阻尼比的改进计算方法,用于《抗规》加速度谱进行隔震结构等效线性化设计,并讨论了地震强度、特征周期以及地震动特性对改进方法的位移估算精度的影响。结果表明:地震强度、特征周期以及地震动特性对改进方法的位移估算精度均有一定影响,但绝大部分位移估算精度能够控制在±20%内,并且大部分可控制在±10%内。     

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。     

考虑周期折减的结构弹性时程分析调整方法

针对结构弹性时程分析时无法考虑周期折减的问题展开研究,通过对比结构时程分析的过程中,地震波的选取是否考虑周期折减的差异,提出采用增大系数放大时程分析法输入地震波有效峰值加速度以及地震响应;考虑弹性时程分析过程中,周期折减对结构地震作用的增大效应。理论分析增大系数取值的影响因素,并基于单自由度体系对比两种调整方法的效果及差异,采用实际算例以验证所提出弹性时程分析中考虑周期折减调整方法的有效性。结果表明:增大系数的取值与周期折减系数、结构自振周期及场地特征周期等因素有关;对于单自由度体系,两种调整方法具有完全相同的调整效果;按文章提出方法考虑周期折减的算例结构,弹性时程分析所得各楼层地震剪力及层间位移角与考虑周期折减的反应谱(CQC)计算结果均较为接近。     

结构抗震设计中的强度折减系数研究

借助于单自由度弹塑性动力时程分析程序，对延性结构的强度折减系数进行了研究，在统计平均和回归分析的基础上，建立了平均强度折系数的函数形式，本文所建立的平强度折减系数函数，从理论上明确了结构具有延性对弹性地震力的折减关系，研究成果可供结构抗震设计规范采纳应用。     

叠层橡胶垫基础隔震建筑结构设计方法与应用

简要概括了国内外叠层橡胶垫基础隔震技术的应用发展状况,介绍了隔震结构的各种反应分析模型,对隔震结构设计分析方法进行了讨论,提出了有益的建议,并指出了在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）关于隔震结构的简化计算方法中存在的诸多不足。结合我国的隔震技术应用现状,引入了两阶段设计法的概念。此方法将有利于提高设计质量,减少设计周期。     

考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据. 本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点,应用823条国内外水平向地震动记录（充分利用了我国取得的强震记录）,给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型,研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响. 结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的,特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响;设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素,在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响;震级对强度折减系数的影响较小;如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响,震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.      

连梁刚度折减系数对剪力墙结构的影响研究

剪力墙结构在进行地震计算时,按照相关规范要求连梁的刚度可折减,折减方式的不同对剪力墙结构整体刚度和构件内力等结果影响较大。设计人员通常给定全楼统一的连梁刚度折减系数,这种简化做法会导致结构刚度和构件受力与实际不符。本文对9栋典型剪力墙结构进行了非线性分析,研究了连梁刚度折减系数对剪力墙结构整体指标和构件内力的影响,并给出了剪力墙结构设计时连梁刚度折减系数的确定方法建议。     

多层隔震结构两阶段设计法

结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),提出了针对隔震装置设计的隔震结构两阶段设计法。该方法在项目的方案阶段,根据项目的基本情况采用简化估算方法对隔震层进行估算,为方案的确定提供依据;在施工图设计阶段,采用时程分析方法对隔震层进行设计计算,为上部结构和基础设计及隔震装置的选用提供依据。文中以4层多层框架结构体系为例进行了分析,结果显示提出的设计方法具有简便,符合工程应用的特点,且该方法有利于提高设计质量,减少设计周期。     

隔震支墩长细比研究

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（中华人民共和国住房和城乡建设部等,2016）中第12.2.9条第2款规定隔震层应满足嵌固刚度比要求,此要求使隔震支墩长细比较小,须单独增设1个隔震层,增加了结构造价,在一定程度上限制了隔震技术的应用。本文利用ANSYS软件分别对无隔震支座、常规隔震、柱顶隔震、柱底隔震4种方案的相同建筑进行地震时程反应分析及对比。结果表明,柱顶隔震、柱底隔震方案可行,隔震支墩长细比能达到普通层柱长细比,可推动隔震技术在多层建筑特别是学校、医院等建筑中的应用,提高隔震建筑经济性,为《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的修订提供一定理论依据。     

新型组合隔震支座设计与性能研究

在已有研究基础上,为提高摩擦型组合隔震支座变形能力、改进各摩擦组件位移协调性,建立实体化和参数化计算模型,对新型三段两级摩擦组合隔震支座进行构造及内力分析研究,使用ABAQUS软件对摩擦阻尼器和组合隔震支座进行实体有限元模拟。针对设置常规隔震支座和新型组合隔震支座的某隔震结构案例进行建模及非线性时程地震响应分析,推导组合隔震支座出力和构造参数的关系。研究结果表明,文章所采用的摩擦阻尼器参数化建模方法是准确的,新型组合支座可明显降低支座拉应力,减小隔震层位移,提高结构抗倾覆能力。文章提出的针对摩擦阻尼器的简化单元可大幅提高有限元模型的计算效率。     

两种强度折减法确定边坡稳定系数适用性探讨

强度折减法确定边坡稳定性系数比传统极限平衡方法优势明显,但是两种常用的强度折减法哪种更适合一直存在争议。本文针对某工程算例分别采用两种强度折减法进行了边坡稳定性系数计算,并把计算结果和传统极限平衡方法进行了对比,结果表明快速拉格朗日分析法更适合应用在边坡稳定性系数确定方面。该法的计算结果和传统计算方法极其接近,并可以克服传统方法人为指定滑动面的重大缺点。     

百米级高层隔震结构一体化设计及风振舒适度评估研究

《建筑隔震设计标准》（后简称《隔标》）是我国第一部专门指导隔震设计的国家级标准。由于目前基于新规范完成隔震设计的实际工程较少,尤其是百米级高层隔震结构在我国还尚属少见,为此针对某百米级住宅公寓楼实际工程展开研究,根据《隔标》完成隔震设计,并从经济性的角度出发,对比了一体化直接设计法与传统分部隔震设计法的配筋结果;最后结合现行规范对高层隔震结构的风振舒适度进行了评估。研究结果表明：一体化直接设计方法在显著提升隔震结构安全的同时还具有较好的经济性,即使隔震结构设防目标由小震提升至中震,即地震作用提升约3倍的前提下,该高层隔震结构总用钢量的增加仍控制在15%以内;百米级高层隔震结构在1年、10年风荷载作用下均出现了舒适度问题,最大风振加速度响应分别达到了10.3 gal和18.0 gal,超出规范限值71.7%和20%,在未来的隔震结构抗风设计中,高层隔震结构的风振舒适度问题应引起足够重视。     

基于我国实际工程场地的不同基本周期计算方法差异性研究

场地基本周期是表征场地动力特性最基本的指标,也是评价场地条件的重要依据。本文介绍了计算场地基本周期的四种方法——子层周期求和法（规范法）、子层周期贡献系数法、简化Rayleigh法以及逐层单自由度法。收集并筛选了国内605组钻孔深度达到工程基岩的剪切波速剖面资料,其中:Ⅰ类场地10个;Ⅱ类场地300个;Ⅲ类场地249个;Ⅳ类场地46个。以传递函数法结果为标准,对上述四种方法的计算结果进行对比检验,就不同方法的偏差进行了深入分析,给出了其统计结果,并剖析了各方法应用于实际工程场地的适宜性。主要结论:（1）我国规范所采用的子层周期求和法虽然在工程中方便使用,但计算结果普遍存在显著偏差,其偏差的平均值大于20%,最大偏差甚至接近50%。（2）简化Rayleigh法和逐层单自由度法相较于规范法计算精度均有大幅提高,二者偏差在5%以内的工况数占比分别达到80%和70%以上。（3）子层周期贡献系数法采用了加权累加的计算方式,继承了规范法便于操作的优点,并且计算精度为本文所选四种方法中最高,其最大偏差不超过10%,偏差在5%以内的工况数占比达到85%,建议在实际工程中推广应用。     

隔震结构地震波选择方法研究

隔震结构的设计一般是采用时程分析算法进行的,故选择合适的地震波十分重要。而目前设计人员往往依据隔震前模型进行隔震设计,存在一定的不合理性。本文依据隔震前和隔震后两种不同的选波模型和对地震波反应谱控制频段的不同提出三种选波方案:方案一为对所选地震动的加速度反应谱在场地特征周期Tg附近的平台段和隔震前结构基本周期T1a所在下降段的控制;方案二为对在Tg附近的平台段和隔震后结构基本周期T1b所在下降段的控制;方案三为对所选地震动的加速度反应谱在Tg附近的平台段和隔震前、后两结构基本周期段的分别控制。通过对某五层混凝土框架隔震结构分别输入三种方案所选的20条地震动记录,对比隔震结构的水平向减震系数的离散性,分析罕遇地震作用下支座位移的合理性,证明方案三可以取得最优的计算结果,并提出一种基于规范设计反应谱不同频段的三频段控制选波方法。此外选取5个不同结构形式的工程算例验证三频段控制选波方法对于一般结构的适用性。     

复合隔震摩擦承压比的振动台试验研究

对复合隔震结构的重要参数之一摩擦承压比进行了振动台试验研究,分析试验结果表明摩擦承压比对复合隔震结构的减震效果影响很大,并且存在合理取值范围.合理的摩擦承压比取值可以使复合隔震结构的地震反应比橡胶支座隔震结构小.因此复合隔震结构具有显著的优越性.     

钢筋沥青隔震层弹塑性设计研究

钢筋沥青隔震层施工简便、造价低廉,且具有较好的隔震性能,解决了广大村镇地区低矮房屋抗震能力普遍不足的缺点。但其工程设计方法尚不完善,如何进行隔震层弹塑性设计才能达到最好的隔震效果,目前尚不明确。本文介绍了钢筋沥青隔震层的构造,推导了隔震层竖向钢筋不发生第一类失稳和第二类失稳的条件,探讨了各设计参数的取值范围,提出了一种弹塑性设计思路:二阶段试算法。为便于该设计方法的应用,本文对一栋两层的砌体结构房屋进行了工程设计,验证该设计方法的适用性和可靠性。研究表明:合理使用该方法进行设计,水平减震系数可在0.5以下。     

非平整曲面隔震结构的多质点计算模型及地震响应研究

针对强地震作用下隔震结构隔震层变形过大的现象提出了曲面隔震结构体系,该结构隔震层为曲面布置,在地震和结构重力作用下,上部结构可绕曲率中心进行曲面运动。建立了非平整曲面隔震结构多质点计算分析模型,通过数值分析进一步研究非平整曲面隔震层的曲率半径对结构地震响应的影响规律。分析结果表明:在罕遇地震作用下,曲面隔震结构对隔震层及上部结构的位移控制效果显著,同时当曲率半径为10~15倍重心高度时具有良好的隔震效果。     

15×10~4m~3立式储罐隔震设计分析

为了研究15×104m3立式储罐隔震设计影响因素,采用有限元数值仿真技术,分析了隔震刚度、浮顶质量、储液密度、罐壁厚度、罐壁的材料弹性模量、储液高度与罐半径比值对储罐的晃动频率和液固耦合频率的影响并与时程分析对照。结果表明:储罐液固耦合振动频率对隔震刚度敏感,隔震刚度较低时,液固耦合刚度的下降,使基底剪力变小;隔震刚度对储罐的液体晃动频率的影响不大,在一定的隔震周期范围内,波高无放大效应;隔震设计时,浮顶的影响可忽略;储液高度与储罐半径比对储罐的液固耦合频率和晃动频率影响较大,隔震设计时存在优化段;储液密度、罐壁厚度、材料弹性模量,隔震设计时可不考虑其影响,进行地震动台实验时,可考虑用其他材料代替钢材,不影响分析结果。     

基于位移的隔震桥梁非迭代设计方法研究

基于双线性系统的最大位移与弹性系统的最大位移关系,提出了一种适于隔震桥梁设计的非迭代计算方法．对一座5跨连续隔震桥梁用3个不同参数的模型进行了计算,并与等效线性化计算结果及时程分析结果进行了比较,结果表明,该方法偏于安全,能有效地计算出隔震桥梁位移反应的最大值,且应用简便,易于被设计工程师接受。