利用模态截断技术计算主次结构耦合系统的楼层反应谱

基于主结构固定基础模态的正交性,从主次结构各自的动力特性出发,利用模态截断技术直接推导出频率传递函数和次结构加速度均方根响应,并进一步得到楼层的加速度均方根反应谱。推导过程考虑了主次结构间调谐、耦合、非经典阻尼等因素的影响,避免了求解主次结构由于各自刚度和质量的巨大差异而导致的动力病态方程及主次结构由于阻尼不同而导致的复特征值解耦问题,成功实现了主次结构的实模态解耦分析。算例讨论了次结构固有频率和模态截断对其加速度功率谱密度函数和楼层加速度均方根反应谱的影响,结果表明,只需截取较低的几阶模态就能得到相当精确的反应谱值,从而大大减少了计算工作量。     

考虑SSI效应的电气厂房地震响应分析

电气厂房属于核电站的抗震I类建筑物,其地震响应分析是结构设计的重点工作。基于无质量地基模型考虑土-结构相互作用(SSI)的影响,进行了整体模型的模态分析和动力时程分析,计算得到主要频率、振型、楼层反应谱以及加速度时程响应峰值等,与不考虑SSI效应即固定端约束条件下电气厂房的计算结果进行对比分析。结果表明:针对本文中场地电气厂房考虑SSI效应是必要的;考虑SSI效应的电气厂房楼层反应谱比固定端约束下的楼层反应谱偏大;随着厂房楼板中心节点的高度增加,反应谱和加速度响应峰值的放大效应明显。     

不同场地下核电站电气厂房的楼层反应谱对比分析

电气厂房属于核电站的抗震I类建筑物,其楼层反应谱的计算是结构设计的重点工作。在不同的均质和分层场地下,基于无质量地基模型考虑土-结构相互作用(SSI)的影响,进行整体模型的模态分析和动力时程分析,计算得到厂房的主要频率、振型、楼层反应谱等,并分别进行均质场地、分层场地条件下以及不考虑SSI效应的对比分析。结果表明:此电气厂房对于这些场地考虑SSI效应是必要的;总体来讲,不考虑SSI效应,即固定端约束下的楼层反应谱是最小,场地越软,楼层反应谱的放大效应越明显;在水平方向,分层场地计算的反应谱峰值较均质场地的放大效应明显,上层地基土越软,放大效应越显著,尤其在水平X方向;随着厂房楼板中心节点的高度增加,反应谱和加速度响应峰值的放大效应明显,尤其屋面板中心节点的竖直向加速度响应较低楼层的响应大幅度增大。     

考虑地基不均匀性反应堆厂房结构地震响应分析

核电站结构地震响应主要影响因素是地震动特性、地基土特性以及结构特性,为了研究地震动特性地基土特性以及结构特性对核电站结构地震响应的影响,本文以某核电站反应堆厂房结构为研究对象,考察了考虑土-结构相互作用的不均匀地基土对核反应堆厂房结构地震响应的影响,包括核反应堆厂房结构和地基的最大加速度、反应堆厂房结构楼层反应谱及楼层最大位移。地基模型及结构地震响应分析均使用ANSYS软件,核反应堆厂房结构采用集中质量模型。模型底部及两侧均可考虑无限体能量传递边界,底部模拟波动的能量传递效应;两侧模拟波动的逸散效应。为了考察地基不均匀性对反应堆厂房结构地震响应的影响,针对3种不同计算工况,得到了反应堆厂房结构的楼层反应谱、典型位置最大位移值、楼层反应谱峰值加速度及其对应的频率,从而为核反应堆厂房结构设计提供理论依据。     

考虑场地类别的基础隔震结构弹塑性加速度反应谱

弹塑性反应谱是基于性能抗震设计理论中的基础性课题之一,而场地条件对反应谱的影响情况,以及如何确定场地影响在规范设计反应谱中的体现形式,是目前工程抗震领域研究和讨论的热点问题。本文将三种场地类别上的1217条强震记录,按照场地条件和地震动峰值加速度分为21组,对两自由度体系的基础隔震结构简化模型作弹塑性时程分析,研究场地类别对基础隔震结构弹塑性加速度反应谱的影响。研究表明,结构的加速度响应依赖于场地类别,在基础隔震结构的自振周期范围内,结构的弹塑性加速度反应谱的谱值随场地土变软而增大。采用平均化的方式研究了反应谱的特性,运用分段线性拟合的方法,建立了与场地类别相对应的基础隔震结构弹塑性加速度反应谱公式,并通过算例验证了该公式的准确性,可将其用于基础隔震结构的抗震设计中。     

基于振动台测试及数值模拟的长周期设计谱评估

采用分层装配式多高层建筑结构缩尺模型的振动台试验以及足尺数值结构的地震反应分析,评估抗震设计谱长周期段的合理性和可靠性。以模型结构的实测振动周期和顶点加速度时程响应作为精度验证依据,构建并扩展模拟结构;剔除楼层加速度动力放大系数复合反应中二阶以上振型的分量,建立结构第一阶振型顶点和等效单自由度体系高度处的加速度动力放大系数谱以评估抗震设计谱。结果表明:基于SRSS规则求出的第一阶振型相对于楼层加速度动力放大系数的比例系数在建议设计谱的长周期段随自振周期增大而衰减,而规范设计谱对应的比例系数衰减趋势出现异常;建议设计谱的动力放大系数与第一阶振型的动力放大系数吻合较好,且谱值基本大于第一阶振型的动力放大系数谱值;规范设计谱的动力放大系数在速度敏感周期前段出现小于第一阶振型动力放大系数的情况,这表明有必要适当增大场地特征周期。建议设计谱估算的楼层加速度谱大于由规范设计谱以及基于试验与数值分析确定的楼层加速度谱,表明建议设计谱安全、可靠,且能体现长周期结构的高阶振型反应。     

基于天津波下的干摩擦板调谐质量减震系统性能研究

从理论上分析了干摩擦板调谐质量系统减震性能,根据拉格朗日方程导出在结构顶端设置减震系统的动力反应计算公式.分析与计算结果表明:设置质量调谐系统之后,楼层位移、层间位移和楼层加速度均有所减小.对文中算例,当接触面滑动摩擦系数为0.03、弹簧系数为20000kN/m、阻尼系数为3000 kN/m·s、调谐质量为楼层质量的1.0倍时,干摩擦板调谐质量系统具有较好的减震效果.     

地震波三维斜入射作用下隧道#br# 对场地地表地震动的影响

利用2.5维有限元-边界元耦合方法,以饱和土场地中圆形隧道为例研究了地下隧道对场地地表地震动加速度的放大效应,主要讨论了地震波入射角的影响。假定地震波在基岩面三维斜入射,用水平入射角θh和竖向入射角θv两个角度来表示地震波的入射方向。研究表明,地震波斜入射时的场地地表地震动加速度放大系数显著大于地震波垂直入射情况,且地震波入射角对场地地表加速度反应谱的幅值、形状以及卓越频率也均有一定程度的影响,尤其对竖向加速度反应谱卓越周期的影响显著。此外,针对本文算例,θh< 30°且θv> 30°时,场地地表地震动竖向加速度与水平加速度的比值大于规范推荐的0.65,且此时竖向加速度反应谱的幅值可能会大于水平加速度反应谱的幅值。     

对桩承结构上下部水平抗震理解的联合预估

结合平面动力有限元与简化三维集中质量法(S-R模型)对水平地震作用下的群桩-土-结构体系的动力性能进行了理论预测,可用来计算不同构型、桩数、土层属性下的结构系统动力反应。算例分析表明,由于土与基础的参与,考虑相互作用后结构位移及层间位移反应增大;受结构、桩基础及土层属性等多因素影响,结构内力在某些地震频谱作用下反而会有所增加,而固基情形下的加速度反应谱曲线对相互作用的反应结果并不一定形成包络,两种方法在对相互作用结构进行动力反应的量化数值分析和定性评价上均有良好的一致性。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

台风激励下海口市某高层建筑模态参数识别

对2014—2017年期间一栋由4根巨柱支撑、高108m的32层塔楼在台风影响下的楼顶风场和动力响应进行同步监测，获得台风“威马逊”、“海鸥”、“彩虹”、“莎莉嘉”和“卡努”影响下该楼顶部的风速、风向和不同楼层沿长、短轴向的加速度响应时程，分析了加速度响应的时域和频域特性，采用ERA-NExT、RDT、有限元法识别了实测高层建筑的模态参数，研究了与加速度幅值相关的模态频率和阻尼比。统计结果表明：强风作用下高层建筑模态频率低于静风状态下的模态频率，当加速度均方根小于10mm/s²时，顺、横风向前三阶模态频率随加速度幅值增大而减小，顺风向前三阶模态阻尼比随加速度幅值增大而增大；当加速度均方根大于10mm/s²时，顺、横风向前三阶模态频率减小速率逐步减小，顺风向前三阶模态阻尼比未出现明显增大。当峰值加速度达到最大时，沿长、短轴向一阶模态阻尼比约为2.0%、1.9%，相比静风状态下前三阶模态频率下降了约11%、12%、10%，并提出了考虑相对加速度幅值(加速度均方根与测点离地高度比值)参数影响的高层建筑基频预测公式，为台风多发区域高层建筑基频的估算提供参考。     

Seismic analysis of internal equipment and components in structures

An analytical method is developed whereby a simple estimate can be obtained of the maximum dynamic response of light equipment attached to a structure subjected to ground motion. The natural frequency of the equipment, modelled as a single-degree-of-freedom system, is considered to be close or equal to one of the natural frequencies of the $\text{N-}\text{degree-of-freedom}$ structure. This estimate provides a convenient, rational basis for the structural design of the equipment and its installation.The approach is based on the transient analysis of lightly damped tuned or slightly detuned equipment-structure systems in which the mass of the equipment is much smaller than that of the structure. It is assumed that the information available to the designer is a design spectrum for the ground motion, fixed-base modal properties of the structure, and fixed-base properties of the equipment. The results obtained are simple estimates of the maximum acceleration and displacement of the equipment. The method can also be used to treat closely spaced modes in structural systems, where the square root of the sum of squares procedure is known to be invalid.This analytical method is also applied to untuned equipment-structure systems for which the conventional floor spectrum method is mathematically valid. A closed-form solution is obtained which permits an estimate of the maximum equipment response to be obtained without the necessity of computing time histories, as required by the conventional floor spectrum method.     

Probe into several important concepts in Chinese current seismic response spectra

在使用规范反应谱时常将绝对加速度谱、拟加速度谱、伪加速度谱概念等同或者混乱使用,尤其对于大阻尼比且长周期的结构,采用“拟谱关系”能够获得相应谱的谱值却换算不了相应谱的频谱特性。也有认为利用“拟谱关系” 所导出的相对位移谱不符合结构动力学原理及强震反应谱统计特征。基于此,对我国现行抗震规范地震反应谱所涉及到的绝对加速度反应谱、伪加速度反应谱和拟反应谱等作了较为详细的对比,重点阐明了伪谱与拟谱,绝对加速度谱与伪加速度谱在概念上的区别与联系。鉴于我国现行《建筑抗震设计规范》反应谱是由绝对加速度反应谱标定,利用“拟谱关系”仅是一种数值近似手段,并不具有频谱特性的转换功能,分析了绝对加速度反应谱和伪加速度反应谱在抗震设计过程中的差异。基于绝对加速度反应谱进行标定的规范反应谱,总结了其在目前建筑结构抗震设计中所存在的问题,尤其是在针对超高层结构消能减震结构分析中存在不足：长周期且大阻尼比结构所受设计地震作用与其弹性内力相比明显偏大,设计偏保守;用“拟谱关系”所得换算谱的频谱特性混乱且用于设计缺乏可靠性验证。为此,提出了应分类构建反应谱的建议。     

隔震结构等效线性化计算方法对比研究

通过10种等效周期及等效阻尼比计算方法、4种阻尼调整系数和5种加速度反应谱组合而成的200种等效线性化设计方法，分别对初始周期在0.6～1.5s之间、屈服位移在2～11mm之间的100个单自由度隔震模型进行位移估算，并与时程分析结果进行对比。结果表明：采用拟合中国加速度反应谱人工波计算隔震体系的延性系数较采用拟合美国、日本和欧洲加速度反应谱人工波计算结果大，具有较高的安全储备；采用拟合类似美国、日本和欧洲规范中的加速度反应谱与其对应的阻尼调整系数匹配较好，通过选择合理的等效参数计算方法进行等效线性化分析，可以获得精度较高的计算结果；现有的等效参数计算方法和阻尼调整系数方法很难使基于中国规范加速度反应谱的等效线性化分析具有较高计算精度。     

基于舒适度指标楼盖结构竖向振动分析

就各国建筑规范中关于舒适度指标的楼盖振动的基本规定和当前主要的楼盖振动模型进行了介绍。通过对某超高层大楼楼盖的现场振动测试,对脉动情况下楼盖阻尼比进行了分析,并将振动峰值加速度实测结果与理论计算值进行了比较分析,对不同楼盖振动加固方法的效果进行了比较讨论,最后总结了基于舒适度指标的楼板振动控制设计中存在的不足和需要进一步研究的内容。     

多层冷弯薄壁型钢住宅体系动力时程分析

在采用有限元方法验证三层冷弯薄壁型钢房屋振动台试验结果的基础上,建立了多层冷弯薄壁型钢结构住宅空间整体模型,分析了模型前3阶自振频率、振型以及双向地震作用下的加速度、位移响应和水平地震剪力,考察了多层房屋的抗震性能。结果表明:《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》推荐的基频计算方法适用于多层冷弯薄壁型钢结构体系;随着输入地震波峰值加速度的增加,模型各层加速度幅值、相对位移和最大剪重比均增大,而各层峰值加速度放大系数有降低的趋势;随着结构高度的增加,模型各层峰值加速度放大系数、相对位移和最大剪重比均增大;多层冷弯薄壁型钢结构体系在多遇地震和罕遇地震作用下结构X向和Y向的水平地震剪力和最大层间位移角满足《建筑抗震设计规范》的要求,具备较好的抗震性能。     

Vibration control using ATMD and site measurements on the Shanghai World Financial Center Tower

The Shanghai World Financial Center Tower is the tallest landmark building in mainland China, with a height of 492 m. In order to mitigate wind‐induced vibration, a set of two identical damping devices was installed at the 90th floor. The damping devices are active tuned mass dampers: under wind loading, the active control feature is enabled, while the active control feature becomes disabled under earthquake conditions, and the damping devices function as passive tuned mass dampers. The dynamic parameters of the damping devices, structural analysis results and field measurement results under different vibration scenarios are presented in this paper. The analysis and field measurement results show that the damping devices performed well and had the following characteristics: they increased the damping ratio up to eight times in field measurements and reduced the wind acceleration response up to 60% when wind speed is below the designed value in the analysis. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.