基础隔震结构的能量分析与设计

近几十年来,基础隔震技术逐渐被重视,得到了广泛的应用,并被纳入国家建筑抗震设计规范。通过建立有隔震和无隔震的6层框架结构的分析模型,对其分别输入2条典型的地震波进行地震能量反应分析,结果表明,隔震结构能较好地满足能量方程;最后以能量分析方法为基础,建立了基础隔震结构体系的能量设计方法。     

智能隔震结构能量响应初步分析及控制效率评判

本文采用能量响应的观点揭示被动和智能隔震体系的减震机理,评判采用三种不同控制算法时智能隔震结构的控制效果。采用解析手段,导出了被动和智能隔震体系的累积能量平衡方程和结构瞬时能量传递的定性关系,揭示智能隔震在抑制结构能量响应方面的优势。在对能量传递取得定性认识的基础上,选用几个主要的能量响应指标,对被动隔震与智能隔震的能量响应进行分析,并对比采用三种不同控制算法的智能隔震结构能量响应规律。文末选用本文作者承担设计过的一个实际隔震工程作为算例,分别比较了输入两种不同地震波和两种不同地震强度水准时各种算法的控制效果。结果表明,本文作者建立的序列最优控制算法能更有效地抑制能量响应,再次显示了该算法综合性能优于现有两种结构最优控制算法。     

某钢筋混凝土剪力墙结构隔震设计及耗能分析

本文详细介绍了某钢筋混凝土剪力墙结构的隔震设计过程及耗能情况。该结构隔震层设置于地下室顶板与首层之间,共布置了18个天然橡胶隔震支座和40个铅芯橡胶隔震支座;采用ETABS有限元软件建立非隔震结构与隔震结构两个计算模型,分析比较了结构隔震前后的动力特性和隔震效果,并对隔震结构进行了罕遇地震作用验算和抗风承载力验算,最后分析了隔震结构罕遇地震下结构耗能与加速度响应。分析结果表明,结构隔震层能够很好吸收地震能量,大大减小地震输入能量往上部传递,显著降低了上部结构的地震作用和加速度响应,从而大幅度提高了结构的安全性和舒适性。     

基础隔震钢桁架结构的地震响应分析

采用铅芯橡胶支座建立了钢桁架结构基础隔震的有限元动力分析模型,计算了有隔震和无隔震钢桁架结构的自振周期,对地震激励下有隔震和无隔震钢桁架结构进行了地震响应的时程分析,并进一步进行了地震响应的能量分析.分析结果表明:采用基础隔震技术后,钢桁架结构通过延长自身的自振周期避开了地震的卓越周期,同时依靠隔震支座的变形耗能,有效地减少了输入到结构中的地震能量,这就降低了上部结构的地震响应,使大部分构件处于弹性工作阶段,从而达到保护主体结构的目的.     

基础隔震框架结构多维地震反应的非线性分析

本文首先建立隔震结构的多维地震反应的计算模型,然后通过对8度区某三层框架结构分别建立抗震模型和隔震模型进行仿真分析,计算其在多维地震反应下的地震动反应,研究结果表明:隔震结构能有效降低结构的水平剪力,至少达到84%,隔震结构的设防烈度可降低1度以上,节约成本;隔震结构可有效隔离地震能量向上部结构传递,提高了结构的安全性和可靠性从而达到隔震、消能与减震的目的。     

基于Simulink橡胶垫隔震非线性时程分析

应用Matlab的S函数建立了橡胶垫隔震层的Wen微分滞回模型,应用Simulink实现了橡胶垫隔震结构地震反应的非线性时程分析,对一幢隔震建筑的动力反应和能量分配进行了分析。结果表明橡胶垫隔震结构隔震效果明显,采用Wen微分滞回模型进行橡胶垫隔震结构的非线性分析比较合理,Simulink具有较高的仿真计算效率。     

爆炸冲击震动隔离效果的能量传递率评价方法

基于能量方法评价隔震系统的隔震效率,建立了人体与隔震结构的二自由度隔震系统力学模型,通过分析隔震系统在爆炸冲击震动输入下的能量响应,参考传统的加速度传递率评价方法,提出了从人体承受冲击能量大小的角度评价爆炸冲击隔震系统隔震效率的方法,即能量传递率法。通过输入不同峰值和脉冲宽度的半正弦加速度脉冲信号,数值模拟了二自由度隔震系统在不同爆炸冲击震动输入工况下的能量响应,以及隔震系统的加速度传递率和能量传递率。通过对计算结果的分析,研究了隔震系统的输入与输出之间的关系,以及输入能量对隔震效率的影响规律。研究结果表明：与传统的加速度传递率相比,能量分析方法能够较好地反映爆炸冲击隔震系统的隔离效果。     

设置铅芯滑移隔震支座框架结构的地震响应分析

以设置铅芯滑移隔震支座框架结构为研究对象,建立实体空间有限元计算模型。通过与设置固定支座和无铅铅芯滑移隔震支座计算对比,分析研究铅芯滑移隔震支座的耗能性、自复位性、层间位移、各节点加速度以及地震输入结构能量和动能方面的优越性。结果表明:设置铅芯滑移隔震支座框架结构层间位移比未隔震结构大大减小,比无铅芯滑移隔震框架结构的小,且支座滑动位移小,地震输入结构能量和动能减少。分析结果进一步证明,铅芯滑移隔震支座具有良好的隔震和耗能性能,减小结构的地震响应,更具有工程适用性。     

大震下智能隔震结构的能量响应分析

采用Bouc-Wen模型描述结构的非线性性质,建立了大震下智能隔震结构的绝对运动方程和瞬时能量方程。建立滞变结构状态空间表达式,以作者所在课题组的序列最优控制算法作为半主动智能隔震控制率,求解出结构的非线性地震响应。明确了瞬时输入能与结构位移响应最大值之间的对应关系,据此对智能隔震结构的减震性能作出评价。最后通过对具体算例的分析比较揭示了智能隔震结构在有效减小隔震层位移,控制上部结构响应方面的优越性。     

桥梁在长周期地震下的影响研究

为了分析长周期地震动的时频域特性及其对减隔震桥梁的影响,首先利用HHT理论分析长周期地震动的周期特性及能量特性,然后通过有限元软件建立合理的减隔震桥梁有限元模型,分析不同地震动作用下减隔震桥梁的动力响应,最后从能量的角度研究了桥梁结构的地震能量反应。     

基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法

为更加合理地进行基础隔震结构的抗震设计,以使用铅芯橡胶隔震支座(LRB)的基础隔震结构作为研究对象,提出了基础隔震结构直接基于位移设计(DDBD)的一体化抗震设计方法.对于给定地震水准下预先设定的性能目标(即LRB隔震系统最大水平变形和上部结构最大层间位移角),通过所提出的一体化抗震设计方法可以确定LRB隔震系统的力学...     

隔震板柱结构非线性地震响应分析

为改善板柱结构的抗震性能,将隔震技术应用于该结构体系。建立了三维有限元模型,非线性时程分析表明:基础隔震板柱结构的周期明显延长,加速度、层间位移、楼板弯矩和剪力等明显减小,隔震是提高板柱结构抗震性能的有效途径。     

极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。     

复杂博物馆结构的隔震效应及地震响应分析

对具有竖向构件不规则、楼板开洞面积大、四周悬挑梁等特征的复杂混凝土框架—钢支撑博物馆结构,采用隔震技术处理后,基于时程分析法进行了层间位移、层间剪力等的地震响应分析,隔震后结构加速度响应仅为输入的30％～60％,最大层间剪力约为非隔震的40％.还根据基底剪力和外力做功等效原则提出了复杂结构模型向简化计算模型转化的等效刚度和隔震层位移等计算式,并对博物馆隔震结构进行了地震响应分析.计算结果表明,简化分析方法的计算精度与时程分析法相近.所提简化计算方法计算简便且具有较好的分析精度,可用于复杂隔震结构地震响应的快速分析.     

近断层水平-竖向地震作用下基础隔震结构的动力响应

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑甚少,特别是竖向分量考虑更少.通过选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层记录、远场地震记录以及断层附近非脉冲型地震记录作为地震输入,分析基础隔震结构在近断层水平-竖向地震分量共同作用下的动力响应,以及隔震支座的受力状态...     

多层框架结构基础隔震地震反应分析

借助大型有限元分析软件ANSYS,对某多层框架结构进行了基础隔震与基础固定的地震反应时程分析.通过对比基础隔震与基础固定在同一地震输入下的反应,讨论了两种结构模型的位移、加速度、层间变位角和层间剪力.结果表明,利用ANSYS建立三维模型,在地震作用下对隔震结构进行时程分析是可行的,同时多层框架基础隔震结构的地震反应明显小于基础固定结构的地震反应.     

框架结构抗震、隔震和减振控制的对比分析

运用有限元分析软件MIDAS／GEN建立典型三维多层钢框架模型,对设置铅芯橡胶支座基础隔震结构和粘弹性阻尼器结构分别进行双向水平地震作用下非线性时程分析。与传统抗震方法比较,讨论隔震结构和黏弹性阻尼结构的减震效果。在力学性质方面,结构在隔震和设置黏弹性阻尼器时,其顶层加速度峰值、顶层位移、相对位移、基底剪力等均有较大幅度地降低,表现出良好的隔震和减震效果。在经济性方面,隔震结构和黏弹性阻尼结构能够通过减小构件截面,减轻结构重量,达到经济的目的。在抗震可靠度方面,基础隔震结构更能表现出优越性。     

叠层橡胶基础隔震结构的地震动力反应分析

基础隔震是新近发展起来且正在不断完善的一种技术。以一幢12层框架-剪力墙结构作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对底部两层框架结构进行非线性动力时程分析,探讨采用叠层橡胶基础隔震技术后的减震效果及其地震反应的特点。通过计算分析比较,可以看出建筑物采用橡胶垫隔震支座后隔震效果显著,大大的减轻了结构的水平地震作用。而且隔震结构的基底剪力、层间位移、各层加速度都远远小于不隔震结构。