利用等位移原则估计高层结构的非弹性地震反应(一)

高层建筑非弹性地震反应估计是当前结构抗震研究迫切希望解决的课题。本文概略介绍了常用非弹性地震反应分析方法在高层结构分析中应用的主要问题,从而引出利用等位移原则(对于长周期体系,弹性与非弹性地震位移反应近似相等)进行高层结构非弹性地震反应估计研究的原因,并以长周期单自由度和多自由度体系弹性与非弹性地震反应之间关系的有关研究结果论述了其可行性。     

从R-μ-T关系研究成果看我国钢筋混凝土结构的抗震措施

本文在归纳整理国内外单自由度非弹性体系R-μ-T规律的研究成果和多自由度非弹性体系R-μ规律研究成果的基础上,强调了在建筑结构传统抗震设计方法中选择合适的地震力降低系数R和严格程度与其对应的抗震措施是在抗震设计中实现设防目标,特别是实现强震下性态控制的核心手段。在就这一核心手段对各国抗震设计规范进行对比后发现,国外规范无一例外地遵循了R-μ基本准则,只有我国建筑抗震设计多年来采用相同的R值,但抗震措施从9度区到7度区逐级下降,不符合R-μ基本准则的设计手法。已完成的严格按照我国规范要求设计的典型钢筋混凝土框架结构的多波输入非弹性动力分析初步证实,由于采用这种与R-μ基本准则不符的设计手法,我国钢筋混凝土建筑结构的抗震能力与其所在烈度区的抗震需求相比从9度区到7度0.15 g区逐级下降。这一问题应引起国内学术界和设计界的重视、研究和讨论。     

地面运动的平均周期对单自由度和多自由度体系的非弹性动力反应的影响

主要研究地面运动的频率成分在非弹性需求下对单自由度（SDF）和多自由度（MDF）钢架结构的作用。通过对文献进行详细的审查,识别出最能代表地面运动频率成分的指标。选择地面运动的平均周期（Tm）是由于它能区别各种不同地面运动的频谱形态及其与震级、距离和场地特征的关系。首先使用一组128次地面运动的记录根据L对单自由度体系在特定延性水平时的非弹性位移要求进行研究。然后通过采用相同的地面运动资料做增量动力分析,把研究扩展到多自由度系统,评价Tm对各种工程需求参数的影响。得到的结果表明,对于单自由度体系,当弹性周期（Te）与Tm的比值低于1时,位移将增大。对于多自由度体系,结果证明了高阶振型对于基底剪力的影响和当Tm接近结构的高阶振型周期时,对最大层间侧移的影响变得更加显著。对单自由度体系和多自由度体系,在非弹性水平较高时这些观测更为明显。研究结果对于欧洲抗震设计法是尤为重要的。     

基于Bouc-Wen-Baber-Noori模型的非弹性反应谱研究

建立一个能够合理有效地反映结构刚度退化、强度退化以及捏拢效应的滞回模型有助于澄清强度退化、刚度退化和捏拢效应对非弹性反应谱的影响。因此,本文将能够表征不同滞回特性的Bouc-Wen-Baber-Noori模型引入到单自由度体系非弹性反应谱的研究中,通过将运动方程转化为一阶偏微分方程组,然后采用Gear法求解,分别研究了强度退化、刚度退化和捏拢效应对相对位移反应谱和绝对加速度反应谱的影响。在此基础上通过引入增量动力分析理论,研究了非弹性反应谱与地震动加速度峰值之间的关系。鉴于Bouc-Wen-Baber-Noori模型参数众多,本文对基于Bouc-WenBaber-Noori模型的非弹性反应谱进行了参数敏感性分析,获得了各参数对单自由度体系非弹性反应谱的影响阶数。研究结果表明:强度退化对非弹性反应谱的影响较小;刚度退化对非弹性反应谱具有一定的影响;捏拢效应在非弹性反应谱的研究中不可忽略。这一结论,可望澄清不同研究者关于滞回特性对非弹性反应谱的影响所存在的认识分歧。     

基于复振型分解的多自由度非线性体系动力可靠性研究

提出了基于复模态理论的多自由度非线性体系动力可靠性分析方法。该方法首先采用等效线性化的方法处理体系的非线性问题,然后采用复模态分析处理非经典的等效线性阻尼矩阵,将具有非经典阻尼的等效多自由度线性体系按复振型分解,将多自由度体系的随机反应分解为一系列一阶体系的复模态反应,从而求得体系的随机反应,最后进行体系的动力可靠度计算。通过算例验证,表明该方法概念明确、思路清晰,为一般多自由度非线性体系提供了一个普遍适用的动力可靠性分析方法。     

基于数值解与解析解耦合的SSI体系地震反应分析方法

基于子结构分析方法,提出了土-结构相互作用体系中数值解和解析解耦合的地震反应分析方法。此方法中,数值解是用有限元方法来模拟上部结构的非线性动力行为;而弹性结构-刚性基础-半无限大弹性地基中频域内的解析解,是通过离散时间递归滤波方法得到时域内的解来等效,且在整个体系中,利用土、结构两个子结构边界上的力和位移协调求解。本文提出的方法用有限元程序Opensees来实现,并用于一个线弹性单层框架结构的动力分析中。这种耦合的分析方法得到的结果,与土-结构相互作用单自由度体系的解析解进行了比较,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性。     

弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

加载频率对铅合金减震器动力特性的影响

铅合金减震器是一种适用于电瓷型电气设备的新型减震器,其动力特性对减震效果有重要影响.根据断路器等电气设备的特点,定制了相应的铅合金减震器.通过铅合金减震器滞回特性试验,研究了加载频率对其动力特性的影响.同时以不同加载频率下得到的骨架曲线作为材料的本构关系,研究了加载频率对单自由度体系弹塑性地震反应的影响.研究表明:在相同输入下,采用不同本构关系的单自由度体系,其相对位移峰值、永久位移及塑性耗能均有较大差异,应重视加载频率对铅合金减震器动力特性的影响.     

工程结构等延性地震抗力谱研究

研究结构的非弹性反应谱对改进现有的结构抗震设计、发展基于性态的抗震设计以及了解复杂地面运动特性与结构动力特性之间的关系具有重要的意义。利用大量的单自由度在强震记录作用下的弹塑性动力时程分析,对等延性地震抗力谱这一重要的非弹性反应谱进行了较为详尽的研究,给出了四类场地条件(基岩、硬土、一般土和软土)下的平均等延性地震抗力谱,总结了对工程结构的抗震设计和研究具有实际意义的规律和特征,并分析了场地条件、结构的延性系数以及周期等对等延性地震抗力谱的影响,提出了新的拟合公式,其成果可供抗震研究和设计直接应用。     

考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机自振频率

考虑桩-弹性地基相互作用,采用集中质量法和柔度法对泥面线以上的单桩风机结构进行多自由度动力分析,确定单桩风机的自振频率。通过算例给出单桩风机的自振频率值,并与不考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机的自振频率值进行比较。     

地震动持续时间和结构弹塑性耗能的关系

本文将不同持续时间的八条天然地震记录及大量人工地震波,分别输入不同周期的11个个单自由度体系及三座遭受实际震害的多自由度结构中,进行直接动力积分计算,从计算出的累积变形能,能量反应指数和延性反应的结果中,分析它们与地震动持续时间的关系。其结果表明,我们所定义的能量指数对持续时间最为敏感。     

单跨框架教学楼橡胶隔震与BRB减震联合加固技术研究

新版抗震设防烈度区划图实施以来,大量单跨框架结构校舍因抗侧力体系不合理以及抗震承载力不足急需加固改造。针对单跨框架结构不满足刚度及承载力要求的现状,提出并阐述了BRB减震与橡胶隔震联合加固技术原理,并对昆明某实际单跨框架结构进行了动力弹性和弹塑性有限元分析,结果表明:在多遇地震下,防屈曲支撑（BRB）未屈服,结构整体处于弹性;在设防地震作用下,部分BRB屈服耗能,结构层间位移角最大值为1/582,结构主体处于弹性阶段;在罕遇地震作用下,所有BRB屈服耗能,且其滞回曲线饱满,结构弹塑性层间位移角最大值为1/148,大部分梁端部产生塑性铰,少数柱产生塑性铰,且梁较柱先出铰,表现出良好的抗震性能。研究为单跨框架结构的加固提供一条有效的新途径。     

序列型地震作用下考虑损伤的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。本文研究主余震序列型地震作用下单自由度体系考虑损伤的强度折减系数谱。首先收集主余震实测记录并按中国抗震规范要求进行场地类别划分,对余震峰值进行调幅后进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、损伤指数、余震作用等因素对强度折减系数需求的影响。结果表明余震对强度折减系数的影响显著,考虑累积损伤的强度折减系数(R_D)是基于位移延性的强度折减系数(R_μ)的0.6至0.9倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了平均强度折减系数谱的简化公式。     

单桩基础在无限层地基中的横向地震反应分析

本文通过对分层弹性地基中单桩基础按Ｗｉｎｋｌｅｒ（温克尔）地基土模型特性分析，建立了合理的力学模型。通过动力分析，给出了桩基础横向自振特性及在横向动力与地震载荷作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震载荷作用下的动力反应分析提供了一种新的解析方法。     

基于位移的抗震设计方法中的等效阻尼模型的研究

对基于位移的抗震设计方法单自由度体系弹塑性位移计算的等效线性化方法中的等效阻尼模型进行研究.在统计分析的基础上,提出了考虑场地类别和设计地震分组的等效阻尼比公式,并与不同阻尼比公式进行了比较.对不同等效线性化方法的计算误差进行了统计分析,结果表明,本文建议的公式在预测单自由度体系位移反应方面与动力弹塑性分析结果在统计意义上吻合得最好.     

捏拢效应与P-Δ效应对地震延性需求和损伤指标的影响

文中定量地分析了捏拢效应和P-Δ效应对非弹性单自由度体系的地震延性需求和Park-Ang地震损伤指标的概率统计特征的影响。采用Bouc-W en模型描述具有P-Δ效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化等典型特性的恢复力-位移滞回曲线;根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应,定量地分析了捏拢效应和P-Δ效应对地震延性需求和Park-Ang地震损伤指标的均值和变异系数的影响,并建立了地震延性需求的概率预测模型。计算结果表明,捏拢效应和由重力引起的P-Δ效应对地震延性需求的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-Δ效应对地震延性需求的影响很小;对于短周期体系,建议采用对数正态或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布;对于长周期体系,采用Frechet分布则更为合理。     

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。     

多自由度体系的动力可靠性分析

本文对多自由度体系的动力可靠性分析进行了比较全面的讨论,把多自由度体系的动力可靠性分析归结为寻求体系反应的二次极值概率或二次首超概率的问题,论述了最弱链环假设和最弱单元假设的实质,并导出了相应的动力可靠性公式,最后讨论了能量破坏准则和双重破坏准则的动力可靠性分析。     

桩基础在阻尼与分层弹性地基场地土波动影响下的横向地震反应分析

本文对分层弹性地基中单桩基础按Winkler(温克尔)地基土模型,通过特性分析,建立了合理的力学模型,经过动力分析,给出了桩基础横向自振特性及在横向动力与地震载荷作用下强迫反应的解析解,文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震载荷作用下的动力反应分析提供了一种新的解析方法。     

桩基础在阻尼与分层弹性地基场地土波动影响下的横向地震反…

本文对分层弹性地基中单桩基础按Ｗｉｎｋｌｅｒ（温克尔）地基土模型，通过特性分析，建立了合理的力学模型，经过动力分析，给出了桩基础横和自振特性及其横向动力与地震荷作用下强迫反应的解析解，文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震载荷作用下的动力反应分析提供了一种解析。