新抗震规范反应谱的适用性研究

对《建筑抗震设计规范》（GB 50011）反应谱的阻尼比折减系数、拟相对位移谱等进行研究以说明我国抗震规范反应谱的适用性。基于阻尼减震机理,指出较大的阻尼比除能有效地衰减结构相对位移谱值外,并不能始终如一地衰减反而会放大结构绝对加速度谱值;比较了新旧抗震规范给出的对应于各类场地条件、不同阻尼比的地震影响系数曲线的变化规律、阻尼比折减系数及拟相对位移谱;指出在利用人工地震波对长周期、大阻尼比减隔震结构进行时程分析时需注意的问题。     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

锥形非固结隔震结构理论与振动台试验研究

为了分析锥形非固结隔震结构的减震效果、支座耗能机理及支座受拉性能,对一缩尺1∶4的锥形非固结隔震钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验研究.分析了不同类型及强度的地震波作用下的结构上部及隔震层地震反应.试验结果表明,结构模型在8度和9度罕遇地震作用下,与其台面输入加速度峰值相比,其隔震层的加速度峰值减小10％～20％,上部结构顶层加速度峰值增加10％～50％,但和普通抗震结构相比具有明显的减震效果.在不同单向地震作用下,锥形非固结支座的滞回曲线饱满匀称;其上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量,耗能机理明确;地震波特性对支座受拉性能影响明显,但没有出现倾覆倒塌现象.锥形非固结隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值.     

粘滞阻尼器对空间桁架结构减震作用研究

为研究粘滞阻尼器对大跨空间桁架结构减震控制作用,在某体育馆屋盖不同部位设置粘滞阻尼器,输入三向地震波进行时程分析。以屋盖结构水平向位移、加速度及构件内力为减震控制目标,计算分析表明,设置粘滞阻尼器能有效抑制结构在地震作用下响应;屋盖结构均匀布置阻尼器较集中布置减震效果好;结构减震效果不随阻尼系数的增大而线性提高,且存在较优值范围;不同地震烈度下粘滞阻尼器对空间桁架结构减震控制均有明显效果;粘滞阻尼器在不同地震波输入时滞回曲线均较饱满,呈现典型速度相关型阻尼器特征。研究结果对粘滞阻尼器用于大跨空间结构减震控制具有一定参考价值。     

基于云图法的规则桥梁概率地震需求模型

基于性能的结构抗震设计需要建立在概率理论的基础之上,结构概率地震需求模型是其中的一个关键环节。针对公路梁式桥中的规则桥梁,利用OpenSees软件,建立了8座具有一定代表性的规则桥梁样本;选取三类不同场地条件下2390条国内外地震动记录,基于云图法对8座桥梁样本逐一进行了时程分析;以阻尼比为5%、与结构基本周期相对应的谱加速度S_a作为地震动强度指标,以墩顶位移漂移率D作为工程需求参数,分析了三类不同场地条件下、不同桥梁样本的地震动强度指标与工程需求参数之间的概率分布特征。结果表明:三类不同场地条件下,规则桥梁与结构基本周期对应的弹性谱加速度S_a与墩顶漂移率D之间近似服从指数函数分布。利用分析结果,建立了三类不同场地条件下规则桥梁地震动强度参数与地震需求参数之间统一的简化计算公式;算例验证表明,所建立的简化概率地震需求模型具有良好的计算精度,可大大简化规则桥梁概率地震需求的计算。     

超高层混凝土框架-核心筒结构试验研究

为了研究超高层框架-核心筒结构在地震激励下的动力响应规律和抗震性能,按照动力相似关系设计了一个1/50缩尺模型,并实施了振动台试验。基于试验结果,对不同设防烈度地震作用下的结构自振频率、阻尼比、振型曲线、加速度动力放大系数、层间剪力、应变和位移响应进行了计算与分析。研究结果表明:随着振动次数的增加,结构自振频率降低,阻尼比基本呈增大趋势,振型曲线幅值减小;实验结束后,结构的动力特性变化不大,说明结构的损伤不大;结构的动力响应与地震强度和地震波的波形有关;结构抗震性能能够满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防要求。研究结果可为同类超高层结构的抗震设计提供参考。     

跌落工况下斜支承系统易损件的冲击特性

目的基于斜支承系统双自由度模型,研究系统易损件的跌落冲击特性。方法针对系统无量纲跌落冲击动力学方程,用龙格-库塔数值分析法获得易损件跌落冲击动力学响应,探讨系统支承角、频率比、跌落冲击初始速度、阻尼比等对易损件位移及加速度响应的影响规律。结果通过对易损件位移、加速度响应最值影响因素的分析表明,减小支承角可增加易损件位移响应最值,降低其加速度响应最值,延长响应周期;随着频率比的增加,易损件位移和加速度响应的最值减小;随着初始速度的增加,易损件位移、加速度响应最值上升明显;对于加速度响应最值,系统阻尼比存在最佳值。结论为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑各相关参数。     

粘弹性消能结构的抗震设计反应谱及其工程应用

探讨了结构阻尼比、刚度的变化对地震反应的影响，研究表明，阻尼增加对结构的动力反应有明显的减小效果，刚度增加虽能有效地控制结构的位移反应，但不能有效地抑制结构的加速度反应；在总结分析已有研究成果的基础上，结合抗震规范，给出了安装粘弹性阻尼器后结构的抗震设计反应谱；最后，阐述了粘弹性消能结构的减震设计方法和步骤，给出了实际工程结构安装粘弹性阻尼器后的地震反应计算结果，计算表明，层间位移和加速度反应较原结构减小明显。     

大型渡槽支座隔震研究

采用数值模拟和实验研究了某大型渡槽采用球形减震支座的减震效果及减震机理.振动台实验和数值模拟的结果都表明:所设计的不同的减震支座对结构均有减震效果,槽身主要测点动应力值明显减小;采用减震支座后,不同周期的地震波减震的效果虽然有差别,但主要部位动应力都有比较明显的减小;结构的水平向加速度也明显下降.从减震支座的滞回曲线看,横槽向和顺槽向均有比较明显的滞回环,说明球形减震支座具有比较明显的耗能效果,这也表明该支座对大型渡槽的减震有效果.减振支座的相对位移较小,可以满足设计要求.从这些结果看:大型渡槽采用减震支座是可行的,而且减震效果明显.     

面向损伤控制的减震结构体系阻尼比解析计算及性能设计EI北大核心CSCD

与基于力、基于位移及基于能量的设计方法相比,基于损伤的结构抗震设计方法能够更全面直接地确定或评估结构抗震性能。由于缺乏消能部件附加等效阻尼比与主体结构损伤程度之间的关系表征,目前基于损伤的减震结构性能设计方法只能通过消能器设计参数的迭代调整分析实现预期损伤。针对以上不足,从能量耗散角度剖析了减震结构主体部分损伤机理,通过弹塑性耗能差率损伤模型建立减震结构附加等效阻尼比与损伤指数之间的定量关系,并提出消能部件在地震动下的动态附加等效阻尼比计算方法。在此基础上结合地震易损性分析方法提出面向损伤控制的减震结构体系性能设计流程。通过算例表明阻尼比解析计算准确,该流程具有通用简便、不需迭代等优点,能够将主体结构的损伤程度有效控制至预期损伤目标。该方法也可以兼容基于位移的设计方法,且具有更严格的概率统计意义。     

基于性能的调谐冲击阻尼器优化设计研究

基于一个20层非线性benchmark结构,研究了优化设计的调谐冲击阻尼器(TID)系统的减震效果以及相对于传统设计的优越性。首先采用参数识别算法得到原有限元模型的降阶模型,然后基于该降阶模型,提出了基于性能的优化设计方法对TID系统的参数进行优化设计,最后分析原有限元模型附加优化的TID系统的减震效果。研究结果表明:经过优化设计的TID系统减震率相比传统设计提高了约50%;同时塑性铰数量从无控结构的86个减少到62个,而对于传统设计,塑性铰的数量不变,只是在楼层的分布发生改变。相比传统的阻尼器参数设计方法,基于性能的TID系统优化设计不仅能降低主体结构的位移和层间位移角,而且能减少非线性结构的塑性铰数量和塑性耗能,进而减少结构在大震下的损伤。     

弹塑性索和黏滞阻尼器系统用于斜拉桥横向减震分析

旨在研究弹塑性索对与黏滞阻尼器组合减震系统用于大跨度斜拉桥横向抗震设计作用。依据Caltrans规范构建了弹塑性索对的非线性本构关系,基于永宁黄河大桥弹性索对与黏滞阻尼器组合减震系统设计,通过调增地震波幅值,使弹性索进入塑性状态并分析结构响应。研究结果表明:容许拉索进入塑性可以显著增加其变形能力,进而提高整个结构应对强震作用的能力;与塔梁固定的常规体系相比,引入弹塑性索与黏滞阻尼器组合体系可以大幅降低主塔塔底弯矩及主梁加速度响应;与理想弹性索对工况相比,采用弹塑性索对虽然会导致较大的主梁残余位移,但对于控制最大索力和改善主梁加速度响应效果明显,同时塔梁、墩梁最大相对位移和塔底弯矩基本不变。     

装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。     

填土加筋对悬臂式挡墙地震响应影响的模型试验研究EI北大核心CSCD

为探讨墙后填土加筋对悬臂式挡墙抗震性能的改善效果,开展了缩尺比1∶4的悬臂式挡墙及墙后填土加筋的振动台模型试验。采用小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g的简谐波激励模型结构,获得加速度、位移、土压力等响应量,分析了填土加筋对模型自振频率和阻尼比的影响,对比加速度放大系数、振动位移、墙-土相互作用等地震响应差异,讨论了填土加筋的减震效应随加载幅值变化特征。试验表明:填土加筋可提高墙-土体系的整体性、减小振动伤损,自振频率和阻尼比在历经振动后的变化幅度相对未加筋模型更小;加筋措施可使小震和中震下墙体惯性力与地震土压力产生明显相位错峰,大幅降低不利位移状态时墙体承受的地震土压力,但大震下墙体水平位移小于填土,墙-土挤压作用显著,减震效应发挥欠充分。     

长周期地震动作用下高层隔震结构减震性能试验研究

近、远场长周期地震动中的长周期和近场脉冲特性的存在,可能导致长周期的高层隔震结构产生隔震层位移放大效应。通过振动台试验分析与验证其对长周期的高层隔震结构减震性能带来的不利影响,首先分析近、远场长周期地震动的反应谱特性;接着设计制作一个具有典型工程意义的大底盘单塔楼缩尺模型,进行有限元分析与振动台试验,探讨长周期地震动对楼层加速度、层间位移和隔震层位移等减震性能的影响;最后针对可能出现的隔震层位移超限问题,提出在隔震层增设黏滞阻尼器组成的复合减隔震体系,分析验证其减震和限位保护效果。结果表明:远场长周期地震动下隔震结构的响应明显大于普通周期地震动;近场脉冲长周期地震动作用下结构减震效果较差,隔震层位移明显大于位移容许值;复合减隔震体系有效地控制了隔震层的最大位移,降低了大底盘的加速度和层间位移响应,同时对上部塔楼也具有较好的减震效果。     

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。     

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究

为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理,以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了该桥的1:20缩尺模型,并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器,对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验。试验结果表明:所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象,其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果,能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应;该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动(低频振动方向)的等效阻尼比,且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用;多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应,可应用于长周期工程结构的减震控制中。     

基于位移目标的性态谱

达到位移目标时确定结构的地震需求, 是性能抗震设计的一个重要课题。研究了结构位移目标, 确定了位移性能目标参数, 推导了单自由度结构体系的位移性能目标与周期的关系。将1085 条地震波, 输入到不同周期的单自由度弹塑性动力微分方程, 调整地震动, 反复迭代, 达到位移目标, 获得地震需求与周期、位移目标之间的函数关系, 建立了具有统计意义的三维坐标下的性态谱, 并拟合了性态谱的计算公式。研究表明:性态谱是反映不同位移目标下结构地震需求的一种有效方法。性态谱曲线随着结构周期的增大明显减小, 并随着位移目标的增大, 逐渐增大。性态谱曲线已无平台段, 与场地的共振效应消失, 场地对性态谱的影响总体不明显。性态谱可快速地、简便易行地预测达到不同性能目标时结构的地震需求, 拟合的性态谱计算公式可进行结构抗震性能评估。     

基于人工鱼群算法的位移型阻尼器位置和参数的优化方法

对耗能减震结构中,阻尼器参数和位置决定着结构的减震效果。基于人工鱼群算法提出一种针对位移型阻尼器优化设计的人工鱼群优化模型,模型面向以有限元模型表示的多维多自由度实际结构,对各层位移型阻尼器的位置和参数进行优化。针对结构中添加位移型阻尼器会使结构层剪力增大的问题,提出一种同时考虑结构各楼层层间位移角、各楼层加速度和层剪力变化的优化目标函数,同时利用均方根的形式更加有效的反应各响应在地震波峰值段的变化特性。结构减震控制优化设计时可根据结构的不同设计需求修正目标函数的加权系数。最后,通过数值算例验证本文优化模型的有效性。     

并联式单向单颗粒阻尼器力学模型及优化分析

针对目前颗粒阻尼器的不足及土木工程减震的需求,提出并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)。在剖析PSSPD减振机理且全面考虑颗粒的受力状态的基础上,建立其力学模型并提出一种高效的变步长数值计算方法。针对简谐激励,获得PSSPD-单自由度结构系统处于稳定、对称、周期碰撞状态时的系统位移响应解析表达,并在该结果的基础上分析各参数对PSSPD性能的影响及颗粒运动最优间距的与其它参数的关系,对其准确性进行验证。提出PSSPD在地震动中的优化分析方法并对其合理性和准确性也进行验证,并研究在最优设计参数和不同场地地震动作用下PSSPD对结构的减震效果。结果表明:因PSSPD属于加速度(力)相关性阻尼器,只要颗粒发生碰撞就会转移受控结构的能量,而地震动频谱的丰富性和随机性增强了颗粒发生碰撞的概率,PSSPD对不同场地下的地震动均有良好的减震效果,且场地效应对其减震效果影响不明显,更加适用于中低层结构。