Y形高强钢组合偏心支撑框架结构抗震性能简化分析方法研究EI北大核心CSCD

通过对1∶2缩尺三层Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)模型试件的振动台试验,考察了结构的抗震性能。基于结构的恢复力模型与等代拉杆简化模型,采用SAP2000程序中的多线段塑性Kinematic连接单元代替拉杆,进行Y-HSS-EBF结构的地震反应简化分析,并将简化分析计算结果与试验结果、有限元计算结果进行了对比。研究结果表明:Y-HSS-EBF结构具有良好的抗震性能;由简化计算方法得到的Y-HSS-EBF结构滞回曲线与试验结果基本一致,简化分析模型能较好地模拟结构的非线性性能;振动台模型的简化计算结果具有一定的精度,简化分析模型能够较好的用于Y-HSS-EBF结构的弹性与弹塑性地震反应分析。在初步设计时,可采用简化分析模型对结构地震作用进行计算。     

高层隔震模型结构双向地震反应的数值计算与试验

为研究高层建筑采用铅芯橡胶垫进行隔震后的结构减震效果,对一两向不同高宽比1:16小比例尺隔震结构模型,进行了双向不同地震波输入下的地震反应数值计算和振动台试验分析。对模型上部结构加速度和隔震支座位移反应的分析表明,隔震技术对高层建筑同样有较好的减震效果;数值计算结果与振动台试验结果的对比分析表明,两者具有较好的一致性,数值计算较好地模拟了振动台试验;两组数据的相近证明了数值计算结果和振动台试验过程进行的正确性。     

高层建筑结构振动台模型试验与原型对比的研究

振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和评价结构整体抗震能力的重要方法之一,如何正确处理试验模型与原型的相似关系以及如何由模型反应正确推导原型反应是很关键的问题。基于振动台试验,以12层的高层建筑框架结构为模型,对其进行了模型设计和试验,并运用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc分别对原型结构和模型进行了地震作用下的动力响应分析。由模型地震反应按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,并将其与原型结构的计算值进行对比分析。通过对原型与模型自振特性、加速度、位移和剪力的对比,验证了模型与原型相似关系的准确性,振动台模型试验可以真实的反映原型结构的地震响应,据此,根据模型的试验结果可以对原型结构进行抗震性能的评估。     

考虑主子结构动力相互作用的变电站抗震性能分析

为研究存在复杂体型和较大质量的电气设备的变电站结构抗震性能,进行了1:8的缩尺模型振动台试验,获得了结构体系在地震作用下考虑主子结构动力相互作用的整体抗震性能与结构破坏模式,同时建立了有限元数值模型对比分析试验结果。结果表明:①振动台试验模型的动力特性和地震响应结果与有限元数值模拟分析结果相一致,验证了考虑主子结构动力相互作用数值模拟模型的正确性;②带有复杂设备的变电站结构在地震作用下破坏形态与常规结构不同,电气设备的存在导致其支撑框架柱破坏现象明显,抗震设计时应采取适当的措施避免结构发生"强梁弱柱"失效模式;③大震作用下设备和结构相互作用明显,在依据抗震设计规范进行剪力计算时,应采用规范计算值的1.2倍;④电气设备的动力放大系数均大于所在楼层的动力放大系数值,其比值在1.2～1.4,超过了相应规范规定的数值,应予以重视。该变电站振动台试验与有限元模拟分析对类似生命线工程及带有复杂设备的工业建筑的抗震设计具有重要借鉴意义和参考价值。     

生态复合墙结构动力反应分析模型研究

独特构造及多种材料的使用与嵌套,使生态复合墙结构的动力特性计算异常复杂,故需提出其简化动力计算模型。结合课题组前期研究成果及相关理论,提出生态复合墙结构在弹性阶段简化的动力反应分析模型;建立每层复合墙体分布参数体系的运动偏微分方程,计算其振型和频率;把每层顶点位移作为上一层支座激励,利用振型叠加法对每层复合墙体进行有阻尼动力反应分析;对整体复合墙体进行动力反应分析,并与前期振动台试验结果进行对比分析。理论与试验结果表明：该简化模型计算求得的各层加速度时程反应值与试验值吻合较好,具有一定的计算精度与实用性,为生态复合墙结构在弹性阶段的动力反应分析提供了一种较为简化、实用的计算方法。     

双功能带缝剪力墙的弹塑性地震动力反应分析

本文根据双功能带缝剪力墙的试验研究，利用所建立的弹塑性受力分析模型对其进行了受力全过程非线性分析，理论分析结果与试验结果吻合较好。根据双重抗震结构模型，由双功能带缝剪力墙反复荷载试验得到滞回曲线，选择了Takeda滑移型滞回模型，对其进行了弹塑性地震反应分析。分析结果表明，双功能带缝剪力墙具有较好的抗震性能。     

中高层大开间钢筋砼异柱框架结构模型振动台试验研究

对中高层大开间钢砼异形柱框架结构１／６比例模型进行了地震模拟振动台试验。研究了人弹性,开裂,屈服直至破坏等各原地震反应,揭示了结构的动力特性及破坏形态,进而对该的抗震性能进行了分析。试验结果表明该结构体系具有良好的抗震性能。     

型钢混凝土异形柱框架地震模拟振动台试验及数值模拟

为研究型钢混凝土异形柱框架的抗震性能,对1/4缩尺空间框架模型进行了地震模拟振动台试验,观察了模型在不同烈度地震作用下的破坏情况。采用OpenSees程序建立有限元模型进行动力分析,通过模型的动力特性、加速度反应及位移反应的对比,计算结果与试验结果吻合较好,进而对结构的楼层位移和层间位移角沿高度的分布及构件的应变和弯矩-曲率滞回曲线进行了分析。结果表明:型钢混凝土异形柱空间框架地震破坏时梁端先于柱端形成塑性铰,整体变形呈剪切型;与L形角柱及十形中柱相比,T形边柱受力更为不利;与中框架梁相比,边框架梁受力更为不利。     

既有框架性能化抗震鉴定方法研究及工程应用

基于震害总结分析及大比例模型振动台试验研究,提出了以层间变形为衡量指标的既有框架结构性能水准,建立了性能水准与建筑损伤之间的联系;采用地震易损性分析方法研究了不同历史时期框架结构的易损性曲线,建立了结构易损性函数与矩阵;基于地震易损性分析结果,提出了基于概率的结构震害指数计算方法,可以对未来遭遇地震的损伤程度给出直观清晰的定性描述。最后以某展览馆为例,对展览大厅抗震加固前后的抗震性能进行了评估,验证了抗震加固的可靠性。     

昆明新国际机场航站楼基础隔震设计及抗震性能分析

昆明新国际机场航站楼是目前世界上最大的隔震建筑之一。对隔震层的布置方案进行了详细地阐述,建立了航站楼的有限元模型并进行动力反应分析。对昆明新国际机场航站楼进行了振动台试验研究,试验中模型结构的缩比为1/60,隔震层也进行了相应的简化布置。试验结果表明,隔震结构的减振效果能达到50%。最后对原型结构进行了抗震性能分析,探讨了原型结构在不同水准地震作用下的动力特性、加速度和位移反应,并与试验结果相对比,有限元分析结果与试验结果吻合较好。理论与试验证明,昆明新国际机场航站楼隔震机理清晰且隔震效果良好,大跨结构应用基础隔震技术是有效的。     

设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究

为了合理评估设备与结构的抗震性能,开展设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究。按照分支子结构方法推导设备-结构动力相互作用运动方程,提出了考虑设备-结构动力相互作用振动台实时子结构试验方法,该方法将设备作为试验子结构由振动台加载同时结构作为数值子结构由仿真软件计算联合进行振动台试验,能够考虑设备-结构相互作用对设备抗震性能的影响。设计了四层的钢框架设备-结构动力相互作用缩尺模型,进行各地震动作用下的振动台实时子结构试验与传统整体振动台试验。通过比较发现两种试验方法得到的结果基本吻合在一起,证明提出的振动台实时子结构方法是可靠有效的。试验分析表明忽略设备-结构动力相互作用将影响结构或设备真实的地震反应,特别是对于设备反应的影响更显著。     

基于试验的斜交网格-核心筒结构概率地震易损性分析

利用外部网状斜交框架和内部钢筋混凝土核心筒,斜交网格-核心筒结构形成具有较强抗侧刚度的筒中筒结构形式,被广泛应用于超高层建筑结构。采用模拟地震振动台试验获得不同地震动水准下模型结构的地震动响应结果。在结构抗震可靠度的经验和计算分析方法基础上,分析不同水准下结构发生各级破坏的概率,研究斜交网格-核心筒结构体系的整体抗震性能。最后,由振动台试验结果显示斜交网格结构构件的截面尺寸改变所在楼层的斜柱先于底部楼层的斜柱发生破坏。提出基于模型结构的振动台试验的概率地震易损性分析方法,对不同地震设防水准下原型结构的破坏概率进行研究,获得斜交网格-核心筒原型结构的概率地震易损性水平。     

福建农村框架-砌体水平混合结构振动台试验研究

为了研究福建省农村中近年来出现的框架-砌体水平混合结构的抗震性能,以一幢实际民居为原型,进行了1/2缩尺模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性及其在不同地震作用下的试验现象和动力反应。同时,利用ANSYS软件建立了有限元模型,并将试验数据与计算结果进行了对比。研究结果表明:计算结果和试验数据吻合较好,验证了有限元模型的有效性;结构砌体部分破坏方式相似于砖混结构;结构框架部分的混凝土柱顶节点易出现应力集中;结构刚心和质心不重合且二层侧移刚度显著大于一层;在地震作用下,一层结构会发生较大的位移且同时存在扭转效应,结合较差的建筑质量,该类型结构在地震中具有较大隐患。     

嘉德艺术中心结构模型振动台试验与竖向地震作用分析

嘉德艺术中心是同时带有大悬臂和大跨转换层的复杂结构,为保证该结构的抗震安全性,进行了1:16的缩比振动台试验,并利用ABAQUS进行了弹塑性分析。研究了结构的动力特性,研究了结构在8度多遇、设防、罕遇地震及9度罕遇地震下的加速度响应、位移响应及损伤过程。并讨论了大悬臂桁架和大跨转换层桁架竖向地震作用计算方法。研究结果表明:该结构具有良好的变形能力和延性,具有足够的抗震储备能力,满足规范"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设防要求;采用竖向振型分解反应谱法计算的竖向地震作用并不一定大于规范简化方法的结果,实际设计中宜取两者的包络;且对于8度抗震设防的大悬臂桁架和大跨转换层桁架,规范简化方法计算的竖向地震作用偏小,宜取重力荷载代表值的15%计算竖向地震作用。     

地震模拟振动台试验模型相似设计中的材料弹性模量取值问题研究

为了提高结构地震模拟振动台试验的精度,采用实常用模型材料的力学性能试验与规范计算理论分析相结合的方式,对混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟振动台试验模型相似关系设计中的材料弹性模量取值方法进行了系统研究,推荐了混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟相似关系设计中材料弹性模量的合理取值方法。试验与分析结果表明：模型材料弹性模量的试验值与原型材料弹性模量的规范值可能会存在较大差异,造成模型相似关系中的模型与原型弹性模量比过小,使振动台试验结果失真。因此,当混凝土结构振动台试验模型采用微粒混凝土或砂浆材料浇筑时,模型材料与原型混凝土材料的弹性模型应统一采用规范提供的拟合公式根据材料立方体抗压强度计算得到;当砌体结构振动台试验模型采用小型混凝土砌块制作时,模型材料弹性模量应采用规范拟合公式由材料试验确定的砌体抗压强度设计值计算得到;钢结构地震模拟相似关系中的弹性模量比可采用1.0。以上结论可为不同结构地震模拟振动台试验的模型相似关系设计提供理论依据。     

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。     

残损古建筑木结构的地震易损性分析

为评估残损古建筑木结构的抗震性能,基于完好（不考虑榫卯节点松动）古建筑木结构模拟振动台试验,获得了完好结构的破坏特征、模态参数、动力响应曲线等。采用OpenSees有限元程序建立了完好和考虑节点松动的残损结构的精细化计算模型,对比分析了完好计算模型和试验模型的模态参数和动力响应曲线。以地面峰值加速度（PGA）和最大层间位移角作为地震动强度指标和反应参数对残损模型进行增量动力分析（IDA）,通过对各模型进行地震概率需求分析研究了残损模型的地震易损性。结果表明：完好计算模型与试验模型的主要模态参数相差小于10%,柱脚和柱顶动力时程响应曲线基本一致,表明了计算模型分析的合理性和正确性;残损模型回归概率地震需求函数的决定系数介于0.83578～0.85761,较接近1,表明线性回归函数与数据点具有较高的相关度;当古建筑木结构的节点残损程度达到13.3%时,残损结构已不满足现有规范对结构抗震设防的要求,必须立即对其进行加固和修复。     

框支密肋复合墙结构振动台试验与数值模拟分析

基于1/6比例框支密肋复合墙结构模型的振动台试验,采用ABAQUS有限元软件,建立该结构的非线性有限元模型,并对该结构在试验的几种典型工况下的地震反应进行数值模拟计算,选取了具有代表性的加速度、层间位移角、结构破坏形态等分析结果,与试验结果进行对比。分析结果表明:数值模拟与振动台模型试验吻合较好,证明了模型试验的可靠性和数值模拟的合理性,进而得出了本结构的动力特性与地震响应基本规律,为今后该结构的工程实践和科学研究提供了基础。     

跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁箍筋受力性能的拉杆-压杆模型分析

试验表明:对称设置斜向钢筋的小跨高比复合配筋连梁具有良好的抗震性能,在建立并求解水平地震作用下该连梁中由混凝土主斜压杆、次斜压杆、对角斜筋拉、压杆和菱形筋拉杆等组成的超静定拉杆-压杆联合工作受力分析模型基础上,通过对连梁箍筋参与的传力机构分析,提出了由箍筋和混凝土次生斜压杆组成的箍筋桁架宏模型,建立了该模型中各箍筋拉杆和混凝土压杆的几何及变形协调方程、物理方程和平衡方程等共26个计算式和分析程序,2个试验试件的算例对比分析结果显示,该模型能反映连梁屈服后各受力阶段箍筋的受力状态,且计算结果具有较好的准确性。     

隔震结构弹塑性反应谱分析研究

根据弹塑性反应谱理论,按照非线性恢复力模型的等效阻尼比和位移延性的关系,以单质点弹塑性反应分析结果为依据,建立基于等效阻尼比的隔震结构弹塑性反应谱。进一步比较弹塑性反应谱和我国规范得到的反应谱,结果显示规范的加速度反应谱在长周期段谱值过大,阻尼衰减系数也较大。基于单质点弹塑性地震分析的结果,在我国规范反应谱公式的基础上提出的隔震结构弹塑性反应谱公式。最后通过对5层钢框架隔震结构模型进行振动台试验、数值时程分析、规范反应谱计算、以及用弹塑性反应谱进行计算。结果表明,时程分析法的分析结果和振动台试验的结果比较接近,而按照规范反应谱的等效线形化方法计算出的结果与振动台试验的结果有一些偏差,弹塑性反应谱的地震反应更加接近试验实测的结果,表明了新提出的弹塑性反应谱进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。