铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系振动台模型试验研究

设计并完成了铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系的振动台模型试验,研究刚性地基上隔震结构体系的动力特性和隔震效果,为进一步开展考虑土-结构相互作用的隔震结构体系振动台模型试验提供数据对比。试验结果表明:刚性地基上隔震结构体系具有良好的隔震性能,隔震效果显著,输入地震动的频谱特性和加速度峰值对隔震结构的隔震效率影响较大。     

基础滑移隔震结构振动特性分析

通过对基础滑移隔震体系等代模型自振特性的分析，就多自由度剪切型隔震结构振动特性进行了较为全面的探讨，从而为滑移隔震结构的动力计算建立了合理的理论依据。     

基础隔震结构健康监测系统的设计与实现(Ⅰ):系统设计

在医院、教学楼等建筑中广泛采用隔震技术,能降低地震对上部结构的破坏作用。虽然隔震技术经过几十年的发展已趋于成熟,但环境及其他荷载对隔震结构性能的影响规律、结构设计的合理性以及震后结构状态评估等问题,仍需建立隔震结构健康监测系统对施工、运营期的结构响应进行监测,并对其进行评估与验证。首先,针对基础隔震结构的特点,研究了基础隔震结构的主要监测内容;在此基础上提出基础隔震结构健康监测系统的总体设计要求及原则,根据不同监测对象(整体与局部监测量)给出基础隔震结构传感器布置原则和数据采集系统软硬件设计原则,提出基础隔震结构设计验证与安全评定方法;最后给出基础隔震结构健康监测值得进一步研究的问题。     

结构减震隔震设计最优化问题研究

针对结构抗震减震隔震设计结构动力学基本方程,进行了基本结构刚度、阻尼和质量三方面减震隔震设计问题特征分析,专门指出刚度和阻尼的减震隔震设计研究已经有规范规定,但对减轻结构质量的减震隔震设计仍是需要深入研究的创新问题。目前采用新材料进行设施农业结构减震隔震设计,特别是采用玄筋混凝土现代无金属结构进行结构抗震减震隔震设计,结构最优化设计的实现便有了新契机,且容易实现抗力均匀分布,将较为彻底地解决地震工程的最优结构抗震问题。     

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。     

基础隔震结构对随机激励的响应分析

利用过滤白噪声地震动模型，对基础隔震结构进行了随机反应分析。建立了基础隔震结构的运动方程，推导了基础隔震结构位移、加速度对地面随机激励的传递函数表达式，计算了隔震结构与非隔震结构的均方根反应比值。讨论了基础隔震结构主要参数对结构反应的影响。     

基于概率密度演化的隔震结构随机地震响应

本文考虑地震动的随机性,运用概率密度演化方法对基础隔震结构的随机响应进行研究.上部结构与隔震层分别采用刚度退化的Bouc-Wen模型与Bouc-Wen模型,建立隔震结构的概率密度演化方程,直接应用四阶龙格-库塔方法迭代求解隔震结构的非线性的响应,得出隔震结构在8度罕遇地震下每层的位移概率.结果显示隔震结构较非隔震结构上部结构的位移大大地减小了,上部结构具有足够的安全性.结构整个概率密度演化过程显示了隔震结构的响应信息,概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能.     

基础隔震结构考虑摆动的振动控制研究

在基础隔震结构中,当上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载较大,且采用的叠层橡胶垫的橡胶总厚度较大时,隔震支座不仅要产生水平变形,同时也会产生竖向变形,导致上部结构产生摆动.文中推导了基础隔震结构考虑摆动的运动和控制方程,分析研究了摆动对基础隔震结构的振动控制影响.研究结果表明:基础隔震结构的摆动对控制有一定影响;隔震层转动刚度、阻尼和上部结构垂直荷载对基础隔震结构考虑摆动的振动控制有明显影响.     

结构偏心对基础隔震结构地震反应的影响

本文对基础隔震偏心结构在不同场地上的地震动作用下的反应进行了深入研究，探讨了上部结构偏心、隔震层偏心、场地条件等因素对于基础隔震结构地震反应的影响，选取了能反映结构偏心特性的参数，以便将分析各因素对隔震结构地震反应的影响转化为分析参数的影响。通过大量的数值计算与分析，得到了一些对实际工程有意义的结论。     

隔震结构地震反应分析的实用计算方法

根据上部结构和隔震单元特性对隔震结构反应的影响,提出了可用于隔震结构反应分析的简易方法,避免从数学上求解耦联的非线性方程.将隔震层的恢复力模型等效线性化,以结构动力响应的Duhamel积分为基础,提出了一种新的结构动力响应的数值计算方法.     

平扭耦联隔震体系的简化模型及有关参数变化的计算分析

本文根据隔震结构的动力学特点，提出了空间平扭耦联隔震结构简化计算模型，该模型仅有四个自由度，做定性分析和近似计算十分方便，力学概念明确可靠，文中并对这种体系的动力特性和反应，采用反应谱方法进行分析计算。还对平扭耦联隔震结构的重要特征参数对结构的动力特性和动力反应的影响，进行了较为全面的分析研究。     

基于易损性的基础隔震结构地震动选取方法研究

对基础隔震结构进行动力弹塑性时程分析时,地震记录的选择是关键.提出基于基础隔震结构弹塑性动力放大系数谱进行地震记录选取的方法:首先采用动力弹塑性时程分析方法对基础隔震结构的两自由度简化模型进行分析,得到结构的动力放大系数谱;然后采用谱匹配的方法选取地震记录,对一8层混凝土框架结构的基础隔震结构进行增量动力分析、地震易损...     

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。     

单轴平扭耦联基础隔震结构动力简化分析

为了建立单轴平扭耦联基础隔震结构的动力简化分析方法,探讨了影响结构扭转反应的参数取值规律,首先基于层单元模型,通过假定上部结构楼层回转半径、偏心距、弹力半径相等,推导了单轴平扭耦联基础隔震结构线性化的动力计算方程;其次,运用该简化分析方程,通过一算例进行了动力响应的参数分析。结果表明:调整隔震层刚心使其与上部结构质心位置接近,可显著降低偏心隔震结构扭转反应;增大隔震层刚度半径及阻尼半径可有效减少或抑制结构扭转反应;所建简化分析方程能有效模拟偏心隔震结构动力响应。     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

基于等效线性化隔震结构设计周期折减系数研究

《建筑隔震设计标准》提出的隔震设计是基于复振型分解反应谱等效线性化的一体化直接设计方法,但未提及隔震结构周期折减系数如何取值。基于此,根据刚度串联关系推导等效单自由度隔震体系周期折减系数简化计算公式,探讨隔震结构周期折减系数因素的影响规律,建立不同填充材料、不同填充率的有限元数值模型,并利用数值模拟结果验证隔震结构周期折减系数简化计算公式。结果表明:隔震结构周期折减系数与名义周期比、非隔震结构周期折减系数存在函数关系;墙体开洞与通高墙体的隔震结构的周期折减系数均随着填充率的增大而减小,当填充率相同时,呈现出随填充材料弹性模量增大而减小的趋势,墙体开洞会增大隔震结构周期折减系数,且隔震结构的周期折减系数的取值范围相对较窄,为0.915~0.965;数值有限元模拟与理论结果偏差小于3%,吻合度高,以验证隔震结构周期折减系数简化计算公式的正确性,说明该简化计算方法对隔震工程设计具有一定指导意义。     

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。     

基于IDA的层间隔震结构失效模式研究

层间隔震结构是由基础隔震结构发展而来的一种新型隔震结构。为研究层间隔震结构的倒塌,需先研究不同层间隔震结构的不同失效模式和失效位置,文章建立了3个不同结构参数的层间隔震结构有限元模型,选取20条与抗震规范反应谱吻合的地震动,采用增量动力分析（IDA）方法,分别对其失效模式和失效位置进行研究。研究表明:基于不同的结构参数,层间隔震的基本失效模式有三种,即隔震层水平位移超限导致结构失效、下部结构层间位移角超限导致结构失效、隔震层拉压应力超限导致结构失效;隔震层下部结构和隔震层最外边缘支座为结构的薄弱位置,应引起更多关注。此方法不仅可以研究结构的不同失效模式,还可以确定失效位置,可为下一步层间隔震结构的抗倒塌分析提供理论基础。     

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。     

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

为考虑结构的存在对反应加速度法中地震输入荷载的影响,基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909—2014）中的反应加速度法,提出将土-结构模型转换为自由场模型的等效方式进行地震反应分析。采用等效自由场进行地震输入荷载计算,近似地考虑了结构的存在对地震输入荷载的影响,以期提高反应加速度法的计算精度。使用有限元软件ABAQUS,采用改进前后反应加速度法对日本大开车站不同工况下的地震反应进行计算。研究结果表明,采用等效自由场计算的地震输入荷载有效提高了反应加速度法的计算精度。在验证等效方式有效性的基础上,分析等效模型宽度的选取对反应加速度法计算结果的影响,建议等效模型边界至结构侧边的距离取为1～3倍结构宽度。