近场橡胶支座隔震设计探讨

近断层地震动具有不同于远场地震动的动力特征.按建筑抗震设计规范设计了非隔震与橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层与远场地震动记录进行分析.近断层地震动作用下,隔震后结构的最大层间剪力与最大层间位移均减小为非隔震结构的0.3倍左右,隔震对近断层地震动响应具有良好的减震效果;与远场地震动作用相比,近断层地震动作用下的上部结构最大层间位移角增大3～5倍,隔震层最大位移增大15倍,须对隔震层采取防止侧移失稳措施.现行规范以近场影响系数考虑近场橡胶支座隔震设计,尚需随近断层地震动研究新成果进一步完善.     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

拉索减震支座在近断层城市高架桥梁中的应用

处于近断层地震威胁下的城市高架桥梁需要引入减隔震设计方案解决抗震问题,拉索减震支座由于其良好的适应性较好地解决这一难题。以某城市高架桥中的4×30 m跨径连续梁桥为工程背景,建立全桥有限元模型,基于不同特性的地震动输入,进行拉索减震支座减隔震方案的桥梁结构非线性时程分析。计算结果表明,无论是近断层脉冲型地震动、还是非脉冲地震动或一般远场地震动作用,拉索减震支座均能起到很好的减震作用,满足结构的抗震需求,是高架连续梁桥减隔震体系的理想设计结构。     

近断层速度脉冲型地震动对多层校舍减震加固性能影响研究

近断层地震动具有加速度、速度脉冲运动特性,相对于普通地震动对结构可能造成更加不利的影响。本文针对典型多层校舍,对比了其黏滞消能减震加固前后的结构响应,研究了黏滞消能减震加固技术在不同地震动(近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动)下的抗震性能和减震效果。首先,阐述了近断层地震动基本特征,并选择合适的地震动记录。随后,围绕某多层校舍开展了黏滞阻尼减震加固设计。最后,开展了多遇及罕遇地震下结构动力时程分析,对比、评价了结构抗震性能和可恢复性,以及阻尼器工作性能。研究结果表明,黏滞阻尼减震技术有效改善了结构抗震性能,罕遇地震作用下,结构薄弱层层间位移在各地震动工况平均衰减可达62.1%,薄弱层残余层间位移角平均减小71.3%;近断层脉冲型地震使结构产生明显大于同等强度普通地震(远场地震和近断层非脉冲地震)作用下的响应,罕遇地震作用下薄弱层层间位移角达远场地震工况的2.75倍,但黏滞阻尼减震效果受地震动特性变化影响较小。相关研究可为断层附近多层校舍抗震加固设计提供参考。     

超高层错层隔震体系地震响应研究

超高层错层隔震体系是层间隔震体系基础上发展而来的一种隔震结构。建立了某超高层错层隔震结构有限元模型,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动和近断层脉冲型长周期地震动3种不同类型的地震动,分析错层隔震结构在3种地震动作用下的响应,并与层间隔震结构响应进行分区比较。结果表明：错层隔震结构和层间隔震结构在3类地震动作用下层间位移较小,基底剪力较小,塑性铰少,两种结构均具有良好的减震效果;在普通地震动作用下,错层隔震结构相比于层间隔震结构层间位移减小、基底剪力减小,其减震性能较层间隔震结构更优;错层隔震结构在不同长周期地震动作用下减震效果具有一定差异性,在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果稍优于层间隔震结构的,在远场类谐和长周期地震动作用下的减震效果稍劣于层间隔震结构的。在受远场类谐和长周期地震动影响的区域,错层隔震结构在设计时需对中部隔震层附近的核心筒予以充分关注。     

近断层地震动对基础隔震结构地震反应的影响

采用Open Sees对基础隔震结构进行了不同类型地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对结构地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动对基础隔震结构的地震反应有较大影响,甚至可能造成支座由于水平变形较大而导致其破坏,使基础隔震结构的隔震效果有所降低;在罕遇地震作用下,结构的地震响应随近断层地震动的PGV/PGA和PGD/PGA的增大而明显增大,其中PGV/PGA和PGD/PGA对支座位移的影响最大。因而,在近断层区域进行基础隔震结构设计时,应重点考虑地震动的脉冲效应对结构地震反应的影响。     

基于能量分析的近断层地震作用下框排架结构性能研究

钢筋混凝土框排架结构是工业主厂房建筑的主要结构形式之一,为研究处于近断层地区的框排架结构的抗震性能,本文选取4条脉冲型、4条非脉冲型近断层地震波及4条远场地震波,以某钢筋混凝土框排架结构为原型结构建立有限元模型,研究结构在近断层地震动和远场地震动作用下的抗震性能。分析结果表明:脉冲型近断层地震动作用下结构的最大基底剪力是远场地震动的1.92倍,是非脉冲型的1.16倍;脉冲型近断层地震动作用下的最大层间位移是非脉冲型地震动的1.9倍,是远场地震动的5倍。因此,近断层地震动作用下框排架结构的动力反应需引起工程设计人员的重视。     

考虑近断层地震运动特性的隔震结构抗震性能分析

基于近断层地震动的运动特性,选用破裂向前方向性脉冲型、滑冲效应脉冲型、无脉冲型共计30条地震波对一个6层基础隔震钢筋混凝土框架结构进行了IDA分析,以上部结构层间位移角和隔震支座的位移作为控制指标,给出了基础隔震RC框架结构的性能水准划分及量化指标限值。同时选用近断层上下盘地震动、断层法向平行向地震动对结构进一步进行IDA分析,得出结构易损性曲线,分析结果表现出地震激励下明显的上盘效应和方向性效应。为基础隔震钢筋混凝土框架结构的性能设计和易损性分析提供了参考依据。     

山区多层接地隔震框架结构的抗震性能研究

筛选来自台湾集集地震同一场地类别上的三个台站的地震波,包括两条近断层地震波TCU054与TCU068和一条远场波ILA007,引入多次透射边界以模拟场地的无限性,利用二次开发后的ANSYS建立考虑土-结构相互作用的山区多层接地基础隔震与层间隔震框架结构有限元模型,针对近断层地震动与远场地震动作用下山区隔震框架结构的位移、加速度、层间剪力与层间位移角等地震响应进行对比分析。结果表明:远场地震动作用下三种结构中位于陡坎上部楼层的层间剪力的相对关系均为非隔震层间隔震基础隔震,而两种隔震结构中位于陡坎下部楼层的层间剪力值很接近,与非隔震结构的相对关系与土体的刚度有关。多层接地框架的两种隔震形式均放大了掉层部分的层间剪力,但远场地震动作用下的放大效应比近断层地震动作用下的放大效应要低。两种隔震结构中位于陡坎上部的楼层在近断层地震动作用下的响应均大于远场地震动作用下的响应。     

土-结构相互作用效应对长周期地震动下层间隔震结构减震性能的影响

考虑土-结构相互作用(SSI效应)的层间隔震结构减震机理及振动特性有别于底部刚接于地基的层间隔震结构。长周期震动具有的丰富低频成分、大的速度与加速度脉冲、明显谐波成份等特性,对考虑土-结构相互作用的层间隔震结构具有更为不利的影响。为此,基于集总参数S-R(Sway-Rocking)模型建立一幢大底盘层间隔震框架结构,考虑不同场地类别下的影响,分析多类型长周期地震动作用下土-结构相互作用隔震体系的动力响应规律。结果表明:SSI效应使层间隔震体系的刚度弱化,结构周期延长,致使长周期地震动下Ⅲ、Ⅳ类场地上的层间隔震结构弹塑性层间位移角增大,且随着土质的变软,层间位移角增大越明显,而SSI效应对峰值层间剪力影响不大。此外,远场长周期类谐和地震动作用下的楼层峰值加速度与隔震支座变形值也均有所放大,长周期地震动下考虑SSI效应隔震结构体系的减震效果变差。     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

组合隔震技术在高烈度区复杂高层结构中的应用研究

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点,结合某高层医院建筑结构设计实例,研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施,提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明,组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形,减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应,结构构件损伤程度和范围大幅降低,屈服耗能机制更为合理,有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别,结果表明,在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波,采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应,隔震设计时应慎重考虑。     

Application research of combined isolation technology in complex high-rise building in high seismic intensity region

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点，结合某高层医院建筑结构设计实例，研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施，提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明，组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形，减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应，结构构件损伤程度和范围大幅降低，屈服耗能机制更为合理，有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别，结果表明，在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波，采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应，隔震设计时应慎重考虑。     

近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,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进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;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。反之,对非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,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。     

强震作用下竖向不规则RC框架结构抗震易损性分析

研究速度脉冲强震作用下竖向不规则钢筋混凝土框架结构的抗震易损性。以5层和10层底层竖向不规则框架结构为分析对象,考虑地震动输入的不确定性,通过非线性动力时程分析获得结构底层最大层间位移响应,并通过曲线拟合建立最大层间位移与基本自振周期对应的谱加速度函数关系;假定最大层间位移和极限性能目标位移取对数正态分布的平均值,建立能有效评估结构竖向不规则极限控制参数的易损性曲线。分析结果表明：速度脉冲强震作用下,楼层承载力和刚度突变对结构层间位移有较大影响,底层竖向不规则程度越大最大层间位移亦随之增大,而中间层最大层间位移则减小;地震动强度越大,最大层间位移离散性越大;楼层承载力和刚度突变对抗震易损性曲线的影响较大,楼层数不同结构易损性曲线趋势不同。     

Finite element formulations and theoretical study for variable curvature friction pendulum system

The friction pendulum system (FPS), a type of base isolation technology, has been recognized as a very efficient tool for controlling the seismic response of a structure during an earthquake. However, previous studies have focused mainly on the seismic behavior of base-isolated structures far from active earthquake faults. In recent years, there have been significant studies on the efficiency of the base isolator when subjected to near-fault ground motions. It is suggested from these studies that the long-duration pulse of near-fault ground motions results in significant response of a base-isolated structure. In view of this, an advanced base isolator called the variable curvature friction pendulum system (VCFPS) is proposed in this study. The radius of the curvature of VCFPS is lengthened with an increase of the isolator displacement. Therefore, the fundamental period of the base-isolated structure can be shifted further away from the predominant period of near-fault ground motions. Finite element formulations for VCFPS have also been proposed in this study. The numerical results show that the base shear force and story drift of the superstructure during near-fault ground motion can be controlled within a desirable range with the installation of VCFPS. Therefore, the VCFPS can be adopted for upgrading the seismic resistance of the structures adjacent to an active fault.     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

近断层速度脉冲地震动对边坡滑移的影响分析

 采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA(next generation attenuation)数据库及汶川地震动记录中选取196条速度脉冲地震动;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体动力非线性,通过对比近断层脉冲及非脉冲地震动引起的不同参数边坡的滑移特征,分析近断层地震动速度脉冲特性及边坡本身参数对滑动位移值的影响;同时对近断层速度脉冲地震动参数与边坡滑移量的相关性做了对比分析。结果表明：(1) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑动位移值远大于近断层非脉冲地震动,对长周期边坡影响尤为明显;(2) 相比非脉冲地震动,脉冲地震动引起的边坡滑动时间较短,且主要发生在地震动起始阶段的较短时间内(速度脉冲段),滑移的坡体具有更大的滑移速度,携带更高的能量,从而对周边环境产生更强的破坏作用;(3) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑移特征与其速度脉冲特性(持时短、周期长、速度峰值大)密切相关,且峰值地震动速度PGV与边坡滑移量具有高度相关性。最后,通过比较原始速度脉冲地震动及相应的等效脉冲作用下不同参数边坡的滑动位移值,对提取出的等效脉冲预测原始地震动引起的滑动位移的有效性进行分析,并基于此建立脉冲参数–滑动位移曲面。     

近场与远场地震动作用下单层柱面网壳结构易损性分析

与远场地震动不同,近场速度脉冲型地震动具有瞬时能量大、幅值大、脉冲周期长等特点,但目前少有学者关注其对网壳结构的影响。以三向网格型单层柱面网壳为研究对象,采用40条近场速度脉冲型地震动及40条远场地震动作为输入,对9例网壳结构进行增量动力分析,基于分析结果建立网壳结构的概率地震需求模型及抗震能力模型,获得网壳结构的易损性曲线,并对比研究两组地震动作用下网壳结构的极限状态失效概率。结果表明：与远场地震动相比,近场速度脉冲型地震动会造成单层柱面网壳结构更为严重的损伤,且损伤指数的离散性更大;近场速度脉冲型地震动作用下单层柱面网壳结构的极限状态失效概率要显著大于远场地震动作用下的极限状态失效概率。