隔震高层结构的悬臂梁模型的地震反应研究

对底部隔震悬臂梁的地震等效作用和效应进行了研究。水平力作用下具有弯曲型侧移曲线的悬臂梁在动力特征上与高层结构接近,隔震悬臂梁可作为隔震高层结构的一种等效的简化模型。采用伯努利-欧拉梁理论推导出底部隔震悬臂梁的周期和振型,利用振型反应分解谱法分析隔震悬臂梁的地震效应,研究隔震前后各振型的等效地震作用的变化。研究发现隔震高层减振的主要原因在于调整了各振型对内力的贡献比例,延长了高阶振型的周期,从而降低高阶振型的影响,实现减振的目的;隔震对结构上部和底部作用也不同,且对剪力影响大于弯矩;隔震层刚度越弱,对高阶振型的抑制作用越明显,隔震后与隔震前1 阶振型的周期比大于1.4 可取得较好的隔震效果,规则的隔震高层结构可只采用2 个振型计算。     

基于摄动法及等效线性化的耗能减震结构振型分解法

采用耗能减震结构是一种经济有效的提高结构抗震能力的方法。针对此类结构在基于等效线性化的振型分解反应谱法进行分析中存在的计算精度差且耗时的问题,提出了求解运动方程本征值问题的基于改进一阶摄动的模态高精度展开法,在此基础上,推导出强行解耦的振型分解法以及相应的一阶摄动修正。最后通过算例证明,提出的基于摄动法及等效线性化的耗能减震结构振型分解法是行之有效的。     

基于等效黏性阻尼模型的非比例阻尼体系反应谱CCQC法

由不同材料组成的混合结构,其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系,具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的,并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上,结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式,建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明:与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比,该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数,不受振型组合的影响,具有计算结果唯一的优点,且仅涉及位移相关系数的计算;与基于能量法的反应谱CQC法相比,基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性,适用于非比例特性较强的混合结构。     

大跨度斜拉立体桁架的水平地震反应分析

大跨度斜拉立体桁架是一种频谱密集周期较长的杂交结构体系,以该结构的两塔三跨和一塔两跨两种体系为对象,研究了通过控制振型参与质量贡献率来确定采用振型分解反应谱法分析时参与组合所需的振型数,探讨了水平地震反应分布规律,并进行了时程分析。研究表明:地震反应振型组合需取前20阶振型具有足够的精度,桁架最大竖向位移和塔顶水平位移及桁架和索的内力反应不大,而塔根的内力反应较大,设计时应给予足够重视。对一塔两跨体系,时程分析结果比振型分解反应谱法分析结果普遍偏大,该结构体系在设计时应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。     

地基土-偏心结构平扭耦联分析模型与计算方法

提出了地基土-偏心结构相互作用体系分析模型,建立了5自由度相互作用平扭耦联运动方程.根据相互作用体系的特点,假设上部结构具有正交阻尼,单独对其采用振型分解法进行解耦,从而减少了自由度数,获得了频域内解析过程,分析了地基土性质对偏心结构平扭耦联状况带来的影响,为分析地基土一偏心结构平扭耦联效应提供了一种有效的计算方法.     

隔震结构复振型分解反应谱方法研究EI北大核心CSCD

隔震结构一般具有非比例大阻尼特性,使得复振型分解反应谱方法的研究越来越重要。该研究通过隔震结构运动方程考虑非比例阻尼矩阵的耦合影响,根据复模态和平稳随机过程理论提出了隔震结构复振型分解反应谱方法,分别采用瑞利阻尼、振型叠加阻尼系数和阻尼比换算阻尼系数3种方法来组装形成4种不同的非比例阻尼矩阵,并以隔震结构特点分析了阻尼矩阵适用性;随后对比分析了在天然波反应谱作用下,不同阻尼矩阵组装方式下隔震层等效周期、等效阻尼比、对完全平方组合(CQC)和复振型完全平方组合(CCQC)方法计算精度的影响规律;最后基于设计反应谱CQC和设计反应谱CCQC反应谱方法,研究了隔震层不同等效周期和等效阻尼比对隔震结构的楼层位移、楼层剪力和楼层倾覆矩误差影响规律。研究结果表明,阻尼系数方法更适合用于非经典阻尼矩阵的构造,CQC反应谱方法在近场地震下不能准确反映实际响应,且其使用范围受限较多,而CCQC反应谱方法可以很好的反映隔震结果的地震响应。     

多高层建筑顶部塔楼的水平地震作用研究

研究了多、高层建筑顶部塔楼的水平地震作用,当采用底部剪力法简化计算时,对塔楼地震作用增大系数βn作了理论和计算分析,指出了βn的控制因素为主体结构基本周期T1、塔楼与主体的周期比Tn/T1和重力荷载比Gn/G,并对现行高层混凝土规范中的βn作了改进。分析中采用基于有限元理论的振型分解反应谱法建模计算,共计算了258种工况,根据这些结果给出了简化法中的修正系数βn值及实用表格,可供工程设计使用。     

规则隔震结构等效简化模型的研究

在Kelly等人研究的基础上,以结构周期、总基底剪力和总基底弯矩相等为等效准则,将多自由度结构简化为与之等效的两自由度模型结构。通过对一些规则结构的数值模拟分析,给出了这个模型结构系统参数的简化计算公式。这样对简化后的等效模型结构应用振型分解反应谱法,可求出原结构考虑高阶振型影响的结构最大地震反应。其计算简单、可不依靠计算机进行。而将这种等效方法应用于高层隔震结构,可较准确的对其最大地震反应进行预测。计算实例也证明了,这种等效方法是简便可行的。这为高层隔震结构实用设计方法的研究提供了基础。     

高层剪力墙隔震结构动力特性简化计算方法

针对规则高层剪力墙隔震结构侧向变形特征,按楼层集中质量法建立的多质点模型进行模态分析,以振型有效质量为判断依据,确定了该类结构在采用振型分解反应谱法进行单轴向计算分析时可取前两阶振型。在考虑了隔震层转动影响前提下,基于所定义的线刚重比构建了该类结构前两阶自振周期、振型、振型阻尼比的简化计算方法及相应计算式,验证计算结果表明能够较好的反映出结构前两阶动力特性。当隔震层转动线刚重比较小时,若不计入其影响将导致二阶周期计算偏差较大。在此基础上给出了基于线刚重比的规则高层剪力墙结构隔震前后周期比的显式表达式,为高层隔震结构实用设计方法的研究提供了基础。     

地震作用下型钢混凝土异形柱框架动力特性及频谱反应分析

基于型钢混凝土(SRC)异形柱空间框架模型振动台试验,对模型结构的频谱特性、偏心动力反应、非线性反应规律进行了研究。结果表明:在三向地震作用下,模型结构在高阶振型中依次发生了Y向平扭和X向平扭耦合现象,振型形态依次为X向平动、Y向平扭、Z向振动、扭转、Y向平动;在强震作用下,模型X向、Y向、Z向和扭转自振频率分别下降31.02%,30.10%,39.72%和30.09%;模型结构的频响函数实部曲线的零点、虚部及幅值曲线的峰值点随着加载持时的增加逐渐向低频移动,结构损伤逐渐累积,刚度不断退化,动力刚度接近静刚度,结构的变形较大;通过数值分析可知,当偏心距一定、平扭周期比不变时,偏心结构的自振频率比、平扭耦联系数的峰值点相对于对称结构的峰值点明显推后;在强震作用下,偏心距小于0.1的模型结构的薄弱层出现在结构中下部,偏心距大于0.3的模型结构的薄弱层出现在结构上部;随着偏心距的增大,模型结构提前达到性能点,所有交点处的能力谱曲线未处于承载力明显下降段,结构抗震性能满足要求。     

计算结构非线性地震峰值响应的等价线性化模型

多自由度体系的等价线性化方法是预测结构的非线性地震峰值响应的有效方法。单自由度等价线性化模型是该方法的基础。该文在前人研究的基础上,从定性和定量的两个方面综合分析了结构周期、延性系数以及恢复力模型等因素对单自由度等价线性化模型的影响,并通过对大量地震动记录下动力弹塑性分析结果的拟合回归,提出了能够综合反映各方面参数影响的单自由度等价线性化模型。与现有代表性的等价线性化模型相比,该文模型所反映的参数最为全面,预测峰值位移的平均相对误差最小,且略偏于保守。     

副车架计算模态分析中衬套动刚度的当量方法

针对副车架计算模态分析中橡胶衬套的处理问题,在有限元分析软件中以CBUSH单元模拟橡胶衬套,并以橡胶衬套动刚度的当量值作为CBUSH单元的刚度赋值。从动刚度与静刚度之比的角度出发,提出一种基于橡胶衬套静刚度的动刚度当量方法,称之为"橡胶衬套动刚度的修正系数当量方法"。运用正交试验设计,通过试验模态与计算模态的对比验证所提橡胶衬套动刚度当量方法的有效性,同时,明确不同位置的橡胶衬套对模型精度的影响规律,可应用于相关建模分析中。     

用于阻尼器试验的斜拉索等效模型建模

该文提出一种便于试验室内布置的短梁模型等效斜拉索,利用该模型可进行足尺拉索阻尼器试验研究。等效原则为,附加阻尼器后等效模型一阶振动频率及模态阻尼与其原型按张紧弦理论计算得到的相应值相等。该文首先提出了等效模型的概念及参数;然后,对比水平张紧弦-线性粘滞阻尼器系统的振动分析理论,对等效模型进行了自由振动和有阻尼振动的参数分析,采用数值方法分析了模型的振动特性;最后比较模型与原型的振动特性,提出确定模型参数的方法。数值模拟结果表明:按上述方法得到的等效模型与原型一阶振动频率及附加相同阻尼器后模态阻尼比的差值均小于5%,等效模型具有良好的精度。     

基于均匀化方法的节理岩体等效弹性性能预测

假定节理岩体具有均质的宏观结构和非均质的周期性分布的细观结构,利用均匀化方法,根据材料周期性特点,通过摄动理论建立依赖于两尺度坐标变量而变化的渐进位移场,推导出反映节理岩体细观结构的控制方程,并结合有限元法,数值模拟得到其宏观等效弹性模量。将算例得到的等效弹性模量与Taylor方法、自洽方法及Hashin-Shtrikman结果进行对比分析,证实了均匀化算法的合理性。同时探讨了节理岩体的弹性性能与组份性能及细观结构的关系,并考察了节理岩体的岩质材料泊松比对宏观力学性能的影响。     

非线性分层地基地面运动反演分析

采用非线性土层平稳随机地震反应分析的等价线性化方法 ,运用半无限长剪切梁上剪切型多质点系地震反应分析的 Fourier变换分析方法 ,结合自由场地地表处测得的地震加速度记录反演分析了非线性成层地基基岩的地震运动 ,并编制了相应的分析程序。用随机地震概率描述方法来求解考虑土层非线性特性所需的等效参数 ,在地基及土石坝等大型上部结构的抗震设计计算中向动力可靠设计方向发展 ,避免了在采用等价线性化法进行近似计算时 ,引入限制条件过多 ,分析繁杂 ,难以实现应用的缺点。根据杭州某自由场地实际地质情况反演分析了该场地基岩的地震运动 ,数值结果表明了反演分析的必要性和方法的正确性     

多自由度一般积分型粘弹性阻尼减震结构的 随机响应与等效阻尼

该文对任意多自由度带支撑一般积分型粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应与等效阻尼比的解析分析法进行了系统研究。首先建立了结构一般运动方程;然后将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;继而基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均Itô方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;最后,基于与多自由度随机平均法分析完全相同的等效准则,建立了耗能结构各振型等效阻尼比的一般解析式,并根据CQC和SRSS组合方法,建立了耗能结构随机地震响应方差的解析式,给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器减震结构随机响应和各振型等效阻尼比的一般解析式,通过与一些典型问题的模态应变能法的计算精度对比分析,表明了所提方法的有效性,使耗能结构可直接应用反应谱法进行设计,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器一般耗能结构随机响应与特性等效阻尼分析的完备解析解法。     

高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位耗能减震结构分解成框撑剪结构和纯剪力结构,结合振型分解反应谱理论和线性粘滞阻尼减震结构等效阻尼比计算方法,推导出了高位转换粘滞阻尼减震结构合理阻尼系数的计算公式。最后,通过算例分析得出,采用上述方法计算高位转换粘滞阻尼减震结构粘滞阻尼系数是可行的,该方法计算公式简单实用,可用于高位转换粘滞阻尼减震结构的初步设计。     

随机地震作用下TMD等效附加阻尼比研究

针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合SRSS方法,以结构位移响应均方值作为评价准则,提出了随机地震作用下TMD提供给结构任意阶模态的等效附加阻尼比理论公式。最后,以某景观塔作为工程算例展示了TMD等效附加阻尼比的求解流程,并验证了该等效附加阻尼比公式的有效性。算例分析结果表明,使用等效附加阻尼比指标来评估TMD减震性能是合理有效的,且使用推导的TMD等效附加阻尼比理论公式能更准确地评估TMD对结构位移响应的控制效果。     

等效线性化方法中系统参数求解的优化算法

等效周期和有效阻尼比的合理取值是保证等效线性化方法求解精度的关键。该研究利用在自振周期和阻尼比两维空间中的全局优化搜索手段,提出了一种确定等效线性化方法系统参数的标准粒子群优化算法。算例分析验证了优化算法求解的可行性。在保证系统参数合理取值的同时,标准粒子群优化算法的计算效率约为统计分析方法的2．0％,从而克服了统计分...     

高层钢结构建筑TLD地震反应控制优化设计

本文给出了ＴＬＤ－钢结构系统的抗震设计方法。导出了ＴＬＤ－钢结构系统等效阻尼比计算公式,并分析了模态参与系数的影响。给出了ＴＬＤ－钢结构系统抗震设计步骤及水箱调谐设计算例。