高层剪力墙复合基础隔震结构地震响应分析

针对高层剪力墙结构基础隔震问题,研制出双向抗拔滑动装置,与叠层橡胶隔震支座共同使用形成复合隔震系统。通过建立高层剪力墙复合基础隔震结构动力分析简化模型,推导出高层剪力墙复合基础隔震结构的频率方程、振型正交条件、广义质量与广义刚度。根据Hamilton原理,推导出橡胶隔震支座阻尼在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动...     

框架-剪力墙结构地震响应分析的Laplace变换法

针对框架-剪力墙结构建立了动力分析模型,利用Laplace变换和逆变换,推导了框架-剪力墙结构的振型及其导数的表达式;根据边界条件求得了框架-剪力墙结构的频率和振型的计算方程,并采用Betti定律得到关于其分布质量和分布刚度的正交条件;同时利用正交条件对框架-剪力墙结构的运动方程进行解耦,经振型叠加得到结构地震激励下的响应;最后通过算例与有限元模型、已有方法对比,验证了所建立动力模型的正确性。     

串联隔震结构体系的地震易损性分析

根据串联隔震建筑结构体系的地震可靠度特征,推导了串联隔震结构体系的地震可靠度计算公式,并根据隔震结构的上部结构、隔震层、下部结构的概率地震需求模型,提出了串联隔震结构的地震易损性计算方法。最后,以某典型高层框架-核心筒基础隔震结构为算例,建立了高层隔震结构的有限元模型并进行地震动响应分析,利用已提出的方法对该隔震结构的地震破坏概率进行分析,获得了高层隔震结构整体处于严重破坏状态时的地震易损性曲线,结果表明隔震层的破坏是影响高层隔震结构体系整体地震可靠度的关键因素。     

高层隔震结构双质点模型的地震响应单纯质点法研究

文中针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点法,该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值,推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。研究基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式,并通过利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。文中对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化,其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度,分析结果表明新方法计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相近,且能包络上部结构各层地震响应。本文所提方法计算量少,参数取值简便,可用于高层隔震结构地震响应的初步分析。     

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。     

三维多层框架隔震结构响应分析

对某多层框架隔震结构采用三维有限元模型进行非线性时程分析,分析该结构在地震作用下的动力特性和地震反应性能,并与未经隔震情况进行比较,分析表明:框多层架结构经隔振设计后的响应明显低于相应抗震结构的地震响应,隔振设计引起的工程效果明显。采用有限元法能够全面,准确地反映隔震结构的地震反应性能。     

基于隔震结构Benchmark模型的复振型叠加反应谱方法

隔震体系一般由隔震层和上部结构组成,隔震层包括隔震支座和耗能装置,其阻尼特性与上部结构有较大差别。因此,隔震体系阻尼分布具有显著的非比例特性,从而导致其阻尼矩阵不满足无阻尼振型解耦的条件,故在隔震体系中经典的振型叠加反应谱方法已不适用。基于随机振动理论,结合隔震结构的特点,推导了能够考虑非比例阻尼特性的多维地震复振型叠加反应谱方法。针对目前常用的强迫解耦方法,对其误差进行了探讨,发现其阻止了隔震层与上部结构的能量传递,导致上部结构的地震响应偏小。基于隔震结构Benchmark模型对复振型叠加反应谱方法、强迫解耦假定下的反应谱方法、时程分析方法进行了对比,结果表明隔震层阻尼较大时,强迫解耦方法精度较差,并且无法反映隔震层阻尼引起的上部结构地震响应放大效应,复振型叠加反应谱方法计算精度较好,可充分反映隔震结构非比例阻尼的特点。     

近场地震下层间隔震偏心结构的减震控制

提出了近场地震分析模型,建立了层间隔震偏心结构平-扭耦联运动方程。基于三刚片系简化模型分析了偏心参数对层间隔震偏心结构的影响规律,定量分析了近场地震中脉冲分量对层间隔震偏心结构地震反应的作用效应。研究了在隔震层附设黏滞阻尼器的参数优化规律并对某典型算例进行了仿真分析。结果表明,在层间隔震体系隔震层处设置参数合适的黏滞阻尼器可有效地控制上部结构、隔震层与下部结构结构的地震响应,减小结构的基底剪力,对改善层间隔震偏心结构的地震安全性具有非常重要的作用。     

隔震结构动力特性及响应对计算模型参数的敏感性研究

双质点系计算模型是基础隔震结构简化计算理论研究中提出过的可以考虑高阶振型作用的一类实用模型。为了掌握基础隔震结构的动力特性及响应对这类简化计算模型参数的敏感性,该文利用“基础隔震结构的力学特点”和“每一质点所有振型参与向量和必须为一”的条件,研究了双质点系简化计算模型的动力特性及地震响应对于模型质量比、周期比的敏感性,...     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

高层隔震结构单质点模型的地震响应单纯质点法研究

提出了可以快速计算高层隔震结构地震响应的单纯质点法.这种方法基于基底剪力及能量等效原则,建立简化单质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及模型参数取值,引入能量平衡方法计算简化分析模型的包络反应,最后利用能量平衡原理及模型参数转换关系,来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值.给出了分析高层隔震结构加速度、隔震层及上部结构的层间变形、层间剪力等预测计算式.通过22层高层隔震结构工程实例来验证单纯质点法的有效性及计算精度,分析结果表明:简化计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相当.所提计算方法计算量少,参数取值明确方便,同时具有良好的地震响应分析精度.     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。     

不同土性地基上高层隔震结构振动台试验对比研究

通过土-结构动力相互作用（SSI）体系的模型振动台对比试验,研究不同土性地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界效应影响,模型地基分别为刚性地基、均匀软土层地基、分层可液化地基,采用高宽比为4的五层钢框架作为上部隔震结构模型。试验发现,考虑SSI的隔震结构体系频率均小于不考虑SSI的体系频率,均匀软土层地基上隔震结构体系的阻尼比刚性地基增加,而分层可液化地基上体系的阻尼则降低;软弱地基上隔震层位移可明显大于刚性地基上的情况,而当地基发生液化时隔震层的位移则明显减小。研究结果表明,建造于软弱地基、存在液化可能地基上的高层隔震结构仍然能够发挥隔震效果。     

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。     

翻转动能对基础隔震剪力墙结构高宽比限值的影响分析

针对上部结构整体刚度较大的基础隔震剪力墙结构体系,通过将上部剪力墙结构简化为刚体得到能够考虑结构翻转动能的两自由度基础隔震简化模型,并以此为分析对象,建立体系振动微分方程。采用复模态方法进行解耦变换,分析结构平动及隔震层翻转角位移的频响特性。在此基础上提出了考虑上部结构翻转动能影响动力倾覆分析方法,并推导了高宽比限值的动力法计算公式。通过对比分析动力法及等效静力计算结果,得出以下结论:上部结构翻转动能对基础隔震高层剪力墙结构以支座不受拉为控制条件的高宽比限值的影响不容忽视;所提出的动力倾覆分析法较仅考虑平动动能的等效静力法更为准确,且更偏于安全;等效静力法相对于动力法计算结果的偏差随着地震烈度、隔震结构周期、场地卓越周期的增大而减小,随隔震层水平等效阻尼比的增大而增大;在其他设计条件不变的情况下,减轻上部结构质量、增大隔震支座总竖向刚度,对基础隔震剪力墙结构高宽比限值的提高是有利的;分析基础隔震剪力墙结构高宽比限值时,应当充分考虑场地条件、地震分组、结构周期、阻尼比等因素的影响。     

带TMD结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度带TMD结构的随机地震响应问题进行了系统研究。首先将结构简化成多层剪切型模型。然后建立运动方程，根据结构的振动反应以第一振型为主，将结构按第一振型展开，针对所得方程为非经典阻尼，非对称质量和非对称刚度情况，运用复模态理论进行解耦，获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解，对单自由度体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼，非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于基础隔震结构和无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

非平整曲面隔震结构的双自由度动力模型及地震响应研究

针对强地震作用下隔震结构隔震层变形过大的现象提出了曲面隔震结构体系,该结构隔震层为曲面布置,在地震作用和结构重力作用下上部结构可绕曲率中心进行曲面运动。建立了非平整曲面隔震结构双自由度动力分析模型,通过数值分析进一步研究非平整曲面隔震层的曲率半径对结构地震响应、受力特性的影响规律,确定非平整隔震层的合理曲率半径。采用钢框架模型结构进行了曲面隔震结构的地震模拟振动台试验,试验结果表明,非平整曲面隔震结构相比于普通隔震结构,上部结构加速度平均放大幅度略有增大,曲面隔震支座具有良好的滞回耗能能力,实现了隔震层位移响应和上部结构位移响应的有效控制。     

高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应     

基于能量原理的隔震结构地震响应预测法研究

建立地震作用下隔震结构在最大地震响应时刻的能量平衡方程,给出隔震结构隔震层和非隔震层的弹性振动能、塑性能的表达式,推导出基于能量平衡的隔震结构地震响应预测式。以顶部隔震、层间隔震、基础隔震结构为仿真对象,利用时程分析法的数值解验证了地震响应预测式的准确性,比较研究了三种隔震结构的抗震性能。结果表明：对于不同的输入地震波...     

土-隔震结构相互作用体系动力特性参数的简化分析方法

基于集总参数SR(sway-rocking)模型,建立隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI)影响的简化分析模型,并经严格推导得到了模型动力特性参数的计算公式,由此可将常规非隔震结构的简化分析方法延伸到隔震结构的相互作用分析。通过算例分析,与复模态分析方法进行了对比。对比结果表明,该文提出的计算公式对绝大多数工程场地都有很好的适用性,但是相比复模态方法该文方法更加简单实用。算例分析同时表明SSI对于高层隔震结构的影响比中低层结构大。该文提出的简化计算方法是隔震结构初步设计评估SSI效应的简便有效的工具,同时为隔震结构考虑SSI效应的基于反应谱理论的设计方法研究奠定基础。