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。     

近断层地震动作用下隔震结构的优化设计

首先讨论了近断层脉冲型地震动的特点,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录为地震动输入,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构的隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸进行一体化优化设计,然后输入E l Centro(1940)、Taft(1952)地震波对优化后的隔震结构进行地震反应分析。计算结果表明,对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

近断层速度脉冲的地震动特性研究

在搜集了大量近断层具有速度脉冲的记录后,对有速度脉冲和无速度脉冲的记录的反应谱和特征周期进行了对比,将近断层记录的反应谱与我国规范标准反应谱进行了比较, 还将各次地震有速度脉冲记录的反应谱和特征周期与规范标准谱及规范给出的特征周期进行了比较. 通过比较可知,在长周期段（大约在1.5 s以后）,有速度脉冲记录的反应谱值要比无速度脉冲记录的反应谱值大;计算特征周期时,对于近断层记录,T1和T2有后延的趋势, 采用不固定频段的方法计算更加合理; 无论是相对我国规范的Ⅰ类还是Ⅱ类场地, 有速度脉冲记录的特征周期比规范中给出的值都要大,均在规范值的2倍以上.      

铅芯叠层橡胶支座基础隔震结构双向地震反应分析

本文对铅芯叠层橡胶支座双向耦合恢复力模型进行了改进，采用基础隔震结构动力分析程序DABIS对铅芯叠层橡胶支座基础隔震结构进行了单向及双向地震反应对比分析。结果表明，在单向和双向地震作用下，基础隔震结构的加速度反应和位移反应较为接近，但在双向地震作用下，支座的最大位移明显大于单向地震作用时的支座最大位移，因而在确定支座最大位移时应考虑双向地震作用的影响。     

近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特征研究

采用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)非线性力学性能,建立LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型.利用叠加原理得到人工合成近断层脉冲型地震动,从实际典型近断层地震动和人工近断层脉冲地震动输入两个角度出发,以远场地震反应为参照,系统探讨了近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特点以及近断层地震动运动特征的影响规律.研究发现,近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应明显大于远场地震反应值,显著的近断层脉冲效应是隔震储罐设计不容忽视的问题.近断层地震动的PGV/PGA值是决定隔震储罐地震反应的综合指标,PGV/PGA值较大时,隔震储罐地震反应脉冲效应突出.另外,脉冲周期、脉冲参与系数以及脉冲类型也是影响LRB隔震储罐地震反应的重要因素.在脉冲参与系数越大、含有脉冲数量越多的近断层地震动作用下,隔震储罐地震反应越强烈.当脉冲周期接近储罐晃动周期时,晃动波高会出现峰值.     

近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降分析

传统基于碰撞回弹系数Stereo-mechanical方法在分析建筑地桩基础的沉降位移过程中未考虑地桩基础碰撞的能量损耗,造成分析结果存在准确性和可信度较低的问题。因此提出改进的Kelvin建筑地桩基础碰撞沉降分析方法,以解决基于碰撞回弹系数Stereo-mechanical法存在的问题。采用线性阻尼构建Kelvin模型,分析地桩基础碰撞靠近阶段和回弹阶段的阻尼做功,构建地桩基础碰撞转换单自由度体系振动模型,实现对地桩基础的相对沉降速度和相对沉降位移的有效运算,基于建筑地桩基础碰撞沉降发生初始和结束时刻的能量和动量守恒定理,得到建筑地桩基础的最大沉降位移,实现对建筑地桩基础沉降的有效分析。实验结果说明,所提方法能提高地桩基础沉降分析的准确性和可信度。     

近断层脉冲型地震动的长周期效应

近断层地区是地震破坏最严重的地区,而脉冲型地震动是近断层地震动独有的特征。速度脉冲可能对近断层的长周期结构有巨大的潜在破坏能力。基于这种情况,本文选择了近断层脉冲型地震动的长周期地震动效应作为研究对象,希望给近断层长周期结构的抗震设防带来启示。     

一种改进的近断层脉冲型地震动模拟方法

本文基于小波包技术的随机地震动模拟方法,提出一种改进的参数化随机近断层脉冲型地震动模拟方法。然后,通过识别和提取近断层脉冲型地震动数据库中脉冲型地震动的特征参数,建立了基于震源、传播路径和场地特征等参数的脉冲模型参数预测方程。最后,通过模拟实际记录和误差分析检验了改进的模拟方法的有效性。结果表明:应用改进的模拟方法得到的地震动时程无论在波形、频率特性还是峰值上均与实际记录具有较好的一致性。改进的模拟方法在保留地震动时频非平稳性的基础上,能够有效地提高近断层脉冲型地震动的模拟效果,并且能够很好地体现脉冲型地震动的主要特征。     

近场多脉冲地震动作用下组合隔震结构抗震性能分析

采用速度脉冲分量与宽频分量相结合的方法,拟合了近场多脉冲地震波;构建了组合隔震结构的计算模型和运动方程,对组合隔震结构的动力响应进行仿真分析。结果表明:通过增设黏滞阻尼器可以有效控制结构的地震响应,减小隔震层位移,改善结构的受力。对于提高近场多脉冲地震作用下结构的安全性有显著作用。     

Response of buildings to near-field pulse-like ground motions

Ground motions affected by directivity focusing at near-field stations contain distinct pulses in acceleration, velocity, and displacement histories. For the same Peak Ground Acceleration (PGA) and duration of shaking, ground motions with directivity pulses can generate much higher base shears, inter-storey drifts, and roof displacements in high-rise buildings as compared to the 1940 El Centro ground motion which does not contain these pulses. Also, the ductility demand can be much higher and the effectiveness of supplemental damping lower for pulse-like ground motions. This paper presents a simple interpretation of the response characteristics of three recorded and one synthetic near-field ground motions. It is seen that for pulse-like ground motions—similar to any other ground motion—the Peak values of Ground Acceleration, Velocity, and Displacement (PGA, PGV and PGD) are the key response parameters. Near-field ground motions with directivity effects tend to have high PGV/PGA ratio, which dramatically influences their response characteristics. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

近断层速度脉冲型地震动设计谱特征研究

选取161条速度脉冲型近断层地震动记录,采用最小二乘法拟合得到近断层地震动抗震设计Newmark三联谱,研究了震级、场地和断层类型对近断层设计谱的影响。结果表明：大震（级）相比小震（级）的影响较为显著,大震（级）下设计谱具有更宽的加速度敏感区段,中长周期段内的反应谱谱值更高;在3类断层类型中,大震（级）下逆斜断层的反应谱加速度敏感区段最宽,谱值最大。对于近断层区域的结构在大震（级）下应该考虑增大特征周期并提高设计谱谱值,还应充分考虑逆斜断层等断层类型的影响。     

近断层地震动作用下风机塔地震反应分析

为了研究近断层地震动速度脉冲及强竖向地震动对风机塔地震响应的影响,以某陆上风电场1.5 MW风机塔为研究对象开展了结构在水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动、水平与竖向地震动组合3种地震输入工况的时程分析。通过3种工况下塔顶位移时程、加速度时程、塔底剪力、弯矩及轴力的对比分析发现:近断层速度脉冲对结构塔顶水平位移、塔顶水平加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著;竖向地震动会加大结构的塔顶竖向加速度响应及塔底轴力响应;随着竖向与水平加速度峰值比增大,塔顶竖向加速度响应增大,最大轴力随着峰值比增大而增大,最小轴力随着峰值比增大而减小。此外,增量动力分析表明,采用自接触的有限元模型可以更真实地预测风机塔的失稳破坏机制。     

Nonlinear incremental analysis of fire-damaged r.c. base-isolated structures subjected to near-fault ground motions

Amplification of structural response of r.c. base-isolated structures is expected under near-fault ground motions, yet there is a lack of knowledge of their behavior in the case of fire. To investigate the nonlinear seismic response following a fire, an incremental dynamic analysis is carried out on five-storey r.c. base-isolated framed buildings with fire-protected High-Damping-Laminated-Rubber Bearings (HDLRBs), designed in line with the Italian seismic code. Horizontal components of near-fault ground motions characterized by forward-directivity or fling-step pulse-type are considered. The nonlinear seismic response of base-isolated structures in a no fire situation is compared with that in the event of fire, at 45 (i.e. R45) and 60 (i.e. R60) minutes of fire resistance, assuming both damaged (i.e. DS) and repaired (i.e. RS) stiffness conditions. Five fire scenarios are considered assuming the fire compartment confined to the area of the first level (i.e. F1), the first two (i.e. F1/2) and the upper (i.e. Fi, i=3–5) levels, with the parametric temperature–time fire curve evaluated in accordance with Eurocode 1. The nonlinear seismic analysis is performed by using a step-by-step procedure based on a two-parameter implicit integration scheme and an initial-stress-like iterative procedure. At each step of the analysis, plastic conditions are checked at the critical (end) sections of the girders and columns, where thermal mapping with reduced mechanical properties is evaluated with the 500 °C isotherm method proposed by Eurocode 2. A viscoelastic model with variable stiffness properties in the horizontal and vertical directions, depending on the axial force and lateral deformation, simulates the response of an HDLRB.     

摩擦摆基础隔震结构多维地震反应分析

对摩擦摆基础隔震结构进行了单向、双向和三向地震反应对比分析,表明考虑双向水平地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移增大,而结构的加速度和楼层剪力减小,其中对支座位移和结构加速度影响较大;考虑竖向地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移略有减小,而结构的加速度和楼层剪力增大,其中对结构加速度影响较大.因而,在进行摩擦摆基础隔震结构地震反应分析时,应考虑多维地震动的影响.     

近断层地震动作用下钢筋混凝土桥墩的抗震性能

通过对满足规范延性要求的12根典型钢筋混凝土桥墩试件的线性和非线性地震反应分析，指出在近断层地震动作用下满足延性需求与延性能力比小于1.0的桥墩仍可能发生严重破坏和倒塌，若考虑桥墩的地震损伤性能，允许的延性需求与延性能力比不宜超过0.6-0.8。讨论了桥墩延性抗震设计中强度折减系数Rμ和设计基底剪力系数BSC取值问题。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。