非比例滞变阻尼线性体系的反应谱CCQC法

基于比例阻尼体系建立的振型分解反应谱法应用广泛,是各国规范常用的结构地震作用效应计算方法,直接将其用于非比例阻尼体系(如设置耗能阻尼器的结构)是不合理的。为拓展规范反应谱法的适用范围,在基于复阻尼模型的滞变阻尼模型复模态叠加法基础上,该文结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC(complex complete quadratic combination)法表达式,适用于非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算。算例分析表明：与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比,基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC法仅依赖于材料阻尼参数和结构刚度,计算结果唯一,不受振型组合的影响;与基于等效阻尼比的反应谱CQC法相比,基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性,适用于非比例特性显著的混合结构。     

非比例阻尼线性体系地震响应的部分平方组合(CPQC)法

对于非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的地震反应谱振型叠加方法,即复振型完全平方组合(CCQC)方法进行动力反应分析时计算工作量较大。为此,通过分析不同振型之间的位移、速度、位移-速度相关系数随频率比和阻尼比的变化规律,给出了复振型平方和开方(CSRSS)组合方法的适用范围。同时通过分析指出在CCQC法中只需要考虑邻近振型的相关性,因此建议了一种介于CCQC法和CSRSS法之间的考虑部分相关性的复振型平方组合方法,称之为简化的CCQC法或复振型部分平方组合(CPQC)方法,用以提高计算效率。通过实例分析验证了所建议方法的适用范围、计算精度和效率。由于比例阻尼系统的地震反应谱振型组合方法是文中所述一般方法的特殊情况,因此本文提出的简化分析方法对比例阻尼系统也同样是适用的,并可以称为部分平方组合(PQC)方法。     

抗震设计中组合结构应变阻尼比的计算方法

工程上对钢与混凝土组合结构的阻尼比取值尚缺乏根据。对应变能阻尼比的计算方法进行了论述,通过实例计算,比较了组合结构采用单一阻尼比和采用应变能阻尼比时的内力和位移。计算结果表明,组合结构的各阶振型的应变能阻尼比与振型中不同材料构件参与振动的程度有关。对组合结构取单一阻尼比进行抗震计算会使钢构件的内力偏小或混凝土构件的内力偏大,建议采用应变能阻尼比法进行抗震计算。     

设置非线性黏滞阻尼耗能框架结构等效阻尼及地震作用分析

研究了设置非线性黏滞阻尼器框架结构的等效阻尼比及地震作用。构建了多自由度耗能减震框架结构振动方程,基于等效前后结构阻尼耗能总量及各阶振动正则坐标幅值不变原则,建立了耗能结构一阶振型等效阻尼比的解析计算式。在此基础上,利用傅里叶变换法,给出了高阶振型等效阻尼比计算式。最后以设置非线性黏滞阻尼器的10层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析对比阻尼等效前后结构正则坐标时程曲线,结果表明,阻尼等效前后正则坐标时程吻合度较高,由此研究了设置非线性黏滞阻尼器框架结构的地震作用。     

非比例阻尼对高层建筑顶部钢塔楼地震反应的影响分析

本文以某综合楼为例,研究了带钢塔楼的钢筋混凝土高层建筑结构体系等效粘滞阻尼比的计算方法,并采用等效粘滞阻尼比来考虑钢塔楼和主体结构不同阻尼耗能特性的影响。计算结果表明,带钢塔楼的钢筋混凝土高层建筑进行地震响应计算时,钢塔楼内力标准值需要根据结构的等效粘滞阻尼比进行调整,其余的结构地震响应可不作调整。     

混合结构工业厂房阻尼比的计算方法比较

以应变能阻尼法为基础,提出确定混合结构工业厂房抗震设计阻尼参数的多振型综合阻尼比方法,相对于传统方法,其具有更高的精度和适用性。分别采用多振型综合阻尼比法、强迫解耦法、非比例阻尼法形成混合结构的阻尼矩阵,基于反应谱方法和时程分析方法,对主厂房模型的地震反应进行对比分析,其中非比例阻尼模型采用复振型分解法进行分析。结果表明:采用多振型综合阻尼矩阵得到的结构变形响应与非比例阻尼矩阵的计算结果较为接近,且设计内力偏于安全。建议对混合结构工业厂房进行地震反应分析时,在条件许可的情况下,宜采用复振型分解法,在条件不许可的情况下,宜采用多振型综合阻尼比法。     

采用不同材料加层时结构阻尼比计算方法(应变能法)

从能量原理出发,推导出采用不同材料加层结构的阻尼比的精确计算公式;同时,根据剪切变形为主的结构特点,推导出适合于手算的不同材料加层结构阻尼比的计算公式,计算公式只与结构振型和楼层质量相关,与精确公式相比有较好的精度。文章通过2个算例分析发现:采用不同材料加层结构的各振型阻尼比不同,各振型阻尼比受加层结构阻尼比的影响也不同;用纯剪切型结构直接计算框架结构的振型阻尼比存在较大误差。     

深覆盖土层动力响应时程分析中Rayleigh阻尼系数的确定

合理选择确定Rayleigh阻尼矩阵比例阻尼系数的振型频率对于准确计算场地地震响应有重要影响。将一种高层结构Rayleigh阻尼系数优化方法引入到深覆盖土层的地震响应分析中,并根据土层动力响应的特点进行了相应的改进。选择了28条具有代表性的地震波,通过对某典型深厚土层模型进行地震反应分析,比较了多种Rayleigh阻尼系数计算方法的精度及适用性,给出了深覆盖土层的地震响应分析中Rayleigh阻尼系数的确定方法。     

长周期桥梁地震设计谱阻尼修正系数研究

阻尼比是影响反应谱值的一个重要参数.当结构阻尼比发生变化时,会显著地改变反应谱值,从而影响结构所受地震作用的大小.规范设计反应谱均以一个标准阻尼比为基准,当结构主要振型的阻尼比偏离此标准值较多时,通过修正系数对设计反应谱进行修正.本文比较了各国桥梁抗震设计规范地震设计谱阻尼修正公式,并选取3条含有长周期分量的地震波对一...     

基础隔震结构复振型分解反应谱方法的地震作用及效应组合

为解决隔震结构的地震作用因非比例阻尼不宜直接采用我国抗震规范加以计算的问题,推导了隔震结构复振型响应的振型参与系数、振型的实数表达形式,基于隔震结构刚度、阻尼、质量矩阵与其动力特征的内在联系,给出了复振型地震作用的惯性表达公式。研究结果表明：隔震结构不考虑非比例阻尼影响时误差较大,其主要原因是忽略了各振型速度响应对振型位移的贡献;考虑非比例阻尼的单个复振型地震作用包含位移分量和速度分量,复振型地震作用的惯性表达公式合理考虑了非比例阻尼和振型速度的影响,在复振型分解时程分析中可以得到精确时程结果,反应谱分析采用CCQC法可以明显改善CQC分析精度,上述基础理论为《建筑隔震设计标准》所采纳。     

Identification of damping ratio and its influences on wind‐ and earthquake‐induced effects for large cooling towers

Standard 5% damping ratio for high‐rise concrete structures is generally used for dynamic analysis under the action of wind and earthquakes in the existing cooling tower regulations and researches. But considering the unique configuration and material attributes of large cooling towers, the actual damping ratio must be far smaller than the recommended. However, only a few field measurements of damping ratio for large cooling towers have been conducted; neither are there thorough investigation into the qualitative and quantification of wind and seismic effects under different damping ratio. To fill this gap, field measurements of a large cooling tower standing 179 m in northwestern China was performed and acceleration vibration signals at representative positions of the tower under ambient excitation were obtained. The vibration signals were preprocessed combining random decrement technique and natural excitation technique. Three pattern recognition methods (auto‐regressive and moving mean model, Ibrahim time domain, and spare time domain (STD)) were applied to analyze the frequencies, damping ratios, and modes of vibration for the first 10 order modes. Following the line of thought of modal combination, the equivalent synthetic damping ratio was derived. Under 5 damping ratios (0.5%, 1%, 2%, 3%, and 5%), a comparative analysis on the dynamic responses of the cooling tower to wind and single seismic loading by using full transient method was performed. On this basis, the patterns of influence of damping ratio on wind‐induced vibration, wind vibration coefficient, and time history and extrema of seismic responses were extracted. Finally, different combinations of dead weight, wind, temperature in winter, sunshine duration, and seismic intensity and those of accidental seismic effects (8 working conditions) were considered, using equivalent synthetic damping ratio and standard damping ratio. Thus, the most unfavorable working conditions were identified under actual and standard damping ratios for the large cooling tower. Our research findings provide reference for determining the value of damping ratio in large cooling towers and deepening the understanding on the influence mechanism of damping ratio.     

大跨度钢混组合桥梁结构地震响应分析

某在建的公铁两用斜拉桥为双塔三索面漂浮体系,建立了该桥的动力计算模型,并获得了此桥的动力特性。在求得了该桥的等效阻尼比,并对反应谱进行了长周期段和阻尼影响修正的前提下,进行了该漂浮体系钢-混凝土组合结构斜拉桥的地震反应谱响应分析。分析结果表明,对于钢-混凝土组合结构,必须求出其整体结构的等效阻尼比,以此阻尼比为依据,对反应谱进行阻尼影响的修正,同时应考虑反应谱长周期段取值对长周期结构地震反应谱响应的影响。     

SH波作用下粘弹性半空间场地土地震反应分析

本文考虑稳态简谐SH波激励下的谐和振动和场地土的材料阻尼,建立弹性动力反平面应变模型,采用一维粘弹性波动理论进行土层地震反应分析,得出基岩运动输入下半空间上覆粘弹性场地土体系的解析解.利用此解来分析SH波激励下粘弹性场地土动力效应,讨论不同场地土的动力特性参数对粘弹性场地土动力效应的影响.土-结构物动力相互作用和材料阻尼对场地土地震反应有很明显的影响,这为工程中的地震场地效应评价、震害分析和结构抗震设计都提供一定的参考依据.     

消能减震建筑结构的附加有效阻尼比估计

为估计一栋实际消能减震建筑结构在地震作用下的附加有效阻尼比,提出了一种基于有限元模型修正技术的阻尼比估计和验证方法。考虑到结构初始有限元模型存在较大模型误差,采用基于结构振动模态参数的直接模型更新方法修正初始有限元模型,其中,对于实测振型不完整问题,利用振型扩阶方法补充完整振型。基于模态应变能概念,利用整体结构模态参数识别值,推导了油阻尼器支撑系统附加给结构的有效阻尼比和有效频率的计算公式,并估计了主体结构的频率和阻尼比。以一组实际地震动监测数据为例,采用建议方法估计有效阻尼比和有效频率,通过对比修正模型的预测响应与实际监测数据,验证了建议方法的有效性。     

钢和混凝土竖向混合结构阻尼特性研究

下部混凝土结构与上部钢结构串联形成竖向混合结构(以下简称S/RC结构),由于建筑和结构上优势,该结构体系已在国内重大工程中得以应用。S/RC体系上、下部分材料不同,整体结构的阻尼参数难以确定,工程设计被迫采用钢材和混凝土两种不同阻尼参数进行计算。从阻尼矩阵和模态阻尼比两个方面研究分块Rayleigh模型和模态应变能模型这两个阻尼模型,并从理论上对模型的物理意义和应用基础进行分析。之后,以12层RC框架和12层S/RC框架的振动台试验为基础,从频域和时域两个层面对两个阻尼模型的有效性进行检验。结果表明,分块Rayleigh模型的阻尼矩阵为非比例阻尼,其难以用于常规的模态分析。模态应变能阻尼模型具有耗能等效的物理概念,且该模型在时域和频域内均具有更高的预测精度,建议在S/RC结构抗震分析中采用。     

古代殿堂式木结构建筑模型振动台试验研究

对按照《营造法式》制作的古代殿堂式木结构建筑心间缩尺模型进行了模拟振动台试验研究。选用E l Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震动。测量了台面、柱脚、柱头、木梁的位移和加速度响应。对模型的破坏形态、自振周期、阻尼比、动力响应、滞回耗能进行了分析。试验结果表明:自振周期T的变化范围为0.48~0.67s,阻尼比ξ的变化范围为0.029~0.046,模型的自振周期和阻尼比随着地震加速度的增强而增大;模型的动力放大系数β<1,且随着地震加速度的增强而减小;铺作层、柱础层都是通过摩擦滑移来耗能,柱架榫卯节点的耗能能力最强,在模型的耗能、减震中起着主要作用。     

混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析

通过实测复合墙板试点工程结构的动力反应,获得了结构的自振频率、振型和阻尼比等模态参数。提出一种适用于工程界广泛采用的SATWE建模的材料等效简化方法。采用此方法对试点工程进行的分析计算表明,计算和实测的基本振型吻合较好。对结构进行的地震反应分析结果表明,结构抗震性能良好。     

古建筑木结构榫卯节点采用碳纤维布加固模型振动台试验研究

对宋代殿堂式木构建筑心间缩尺模型已残损的燕尾榫节点用碳纤维(CFRP)布进行加固,并进行模拟地震振动台试验。选用El Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震波,采用多点多指标同步测量柱根、柱头、斗栱的地震响应,对CFRP加固模型结构的破坏形态、动力特性、耗能能力进行分析。结果表明：CFRP加固模型的自振周期T的变化范围在0.53～0.67 s之间,阻尼比ξ的变化范围在2.8%～4.6%之间,随着地震激励的增加而增大;加固模型的动力放大系数 β 小于1,随着地震激励的增加而减小;模型的铺作层、柱础层通过摩擦滑移来耗能,柱架层的耗能能力最强,在模型整体的耗能、减震中起着主要作用。     

Dynamic characteristics and seismic response of frame–core tube structures,considering soil–structure interactions

In order to study the dynamic characteristics and seismic response of high‐rise buildings with a frame–core tube structure, while considering the effect of soil–structure interactions (SSIs), a series of shaking table tests were conducted on test models with two foundation types: fixed‐base (FB), in which the superstructure was directly affixed to the shaking table, and SSI, consisting of a superstructure, pile foundation, and soil. To increase the applicability of the model to the dynamic characteristics of real‐world tall buildings, the superstructure of test models was built at a scale of 1/50. This simulated a 41‐floor high‐rise building with a frame–core tube structure. The mode shape, natural frequency, damping ratio, acceleration and displacement response, story shear, and dynamic strain were determined in each of the test models under the excitation of simulated minor, moderate, and large earthquakes. The SSI effect on frame–core tubes was analyzed by comparing the results of the two test models. The results show that the dynamic characteristics and seismic response of the two systems were significantly different. Finally, these results were verified by performing a numerical analysis on the differences in the seismic responses of the FB and SSI numerical models under various simulated seismic conditions.