单向地震作用下浮放文物倾覆风险评估方法研究

为评估博物馆内浮放文物的地震倾覆风险，将浮放文物、浮放展柜简化为双层浮放的规则块体，利用分体式有限元模型对“博物馆建筑结构-浮放展柜-浮放文物”系统中的地震动力传播过程进行模拟，研究不同宽高比的浮放文物在单向地震波激励下的摇摆运动响应，并采用增量动力分析开展浮放文物地震倾覆易损性分析。据此，提出了两种馆藏浮放文物地震倾覆风险评估方法：一种是将浮放文物地震倾覆易损性曲线与场地危险性曲线进行卷积运算得到文物的地震倾覆风险；另一种则是基于动力放大作用评估文物地震倾覆风险。利用这两种评估方法对某博物馆内浮放扁壶文物进行了风险评估。研究表明：当展柜尺寸一定时，文物宽高比越小，地震倾覆风险越大；两种评估方法均能有效评估馆藏浮放文物地震倾覆风险，其中基于易损性分析的风险评估方法能精确地计算出文物地震倾覆风险值，而基于动力放大作用的评估方法能快速、准确地进行地震倾覆风险值计算，便于应用。     

足尺三层单跨框架结构-展柜-文物系统振动台试验研究

为获得更多的馆藏文物震害数据及文物预防保护工作的科学实施，开展了足尺三层单跨框架结构-展柜-文物系统的振动台试验，对系统的地震响应及文物的破坏情况进行了研究。以三层钢筋混凝土框架结构模型代表博物馆结构，共设置6个展柜及23件浮放和限位文物模型。采用6条天然地震波，峰值加速度调幅范围为0.1g～0.62g,共进行了15次加载。获取了楼层加速度时程、展柜台面加速度时程、不同楼层上和展柜内浮放玻璃砖和陶瓷笔筒的滑移时程、不同体形的浮放花瓶的摇摆时程、不同楼层上亚克力卡固大号梅瓶和鱼线栓绑中号梅瓶的运动状态。结果表明：第二层和第三层楼面相对于振动台面的峰值加速度放大系数范围分别为0.92～2.15和1.28～3.93,同一条地震波激励下在钢筋开始屈服对应工况的放大系数最小；展柜台面相对于楼层的峰值加速度放大系数范围为0.82～1.98;峰值加速度为0.62g时，第三层楼面砂纸上玻璃砖的最大滑移量为103 mm,而亚克力板上陶瓷笔筒的最大滑移量仅为17 mm;位于振动台面的冬瓜瓶在峰值加速度为0.4g时处于静止状态，但在峰值加速度为0.31g时发生了倾覆，受花瓶底面不平整的影响，倾覆现象不一定随...     

降低重心法加固馆藏浮放文物振动台试验

为探索馆藏浮放文物的有效抗震加固方法,采用振动台试验手段,研究了降低重心法加固浮放文物的抗震效果.基于某博物馆展柜原型尺寸,制作了1:1比例陈列柜模型.在陈列柜内浮放一轻质陶瓷文物,并考虑在陶瓷内增设沙袋以降低重心,进行了振动台试验.通过白噪声激励,获得了陈列柜基频分布;通过输入3种类型、4种强度的地震波,获得了陈列柜和文物在地震作用下的典型震害症状、位移响应、加速度响应和和动力放大系数.通过数值模拟,从理论上对降低重心法加固浮放文物的抗震效果进行了进一步论证.结果表明:陈列柜的主要频率在23.7 ～30.6Hz之间,与输入地震波的基频相差较大,因而在地震作用下震害不明显;降低重心法加固文物后,文物震害减轻,位移及加速度响应减小,但在地震波强度较大时仍可能产生倾覆,因此该方法具有一定的局限性.     

高层隔震结构提离摇摆耦合动力理论模型及地震响应分析

针对地震作用下高层隔震结构摇摆倾覆问题,提出考虑隔震层刚心变动的摇摆提离耦合动力理论模型,给出了地震响应提离摇摆的3个界限(即临界提离受拉界限、摇摆界限和倾覆界限)公式。通过大高宽比隔震结构振动台试验,进行不同峰值加速度地震波作用下试验结果分析,得到在地震动峰值加速度0.4g输入工况中,结构在El Centro波下进入提离受拉状态,在Taft波作用下,结构响应较大,提前进入摇摆状态;而在峰值加速度0.6g输入工况中,两条波作用下结构均进入了摇摆界限,尚未进入倾覆状态,隔震层位移未超出GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值,但此时支座的拉伸应变均已超过10%的安全界限,属于危险状态。对比分析摇摆模型与试验得到加速度及滞回曲线,可知理论模型与试验结果具有较好一致性。最后,采用数值分析方法,研究了提离摇摆耦合动力模型对不同高宽比高层隔震结构地震响应的影响,得到不同地震动峰值对不同高宽比结构的3个临界状态的影响规律,即摇摆提离模型的扭转角与结构高宽比和输入地震动峰值加速度有较大关系,其中地震动峰值加速度的变化影响更为显著。     

大高宽比刚体模型倾覆反应振动台试验研究

对于大高宽比基础隔震建筑,倾覆反应是评价其结构安全性的重要指标。为研究大高宽比基础隔震结构的倾覆反应,分别对高宽比为4和5的刚体模型(1/100缩尺)进行了振动台试验,考察其在不同正弦波作用下的倾覆反应。试验研究表明,对于大高宽比刚体模型,将静力倾覆临界加速度(B/H)g作为动荷载作用下模型发生倾覆的判别标准偏于保守,并且刚体模型的倾覆可能性会随着台面峰值加速度agmax的增大而不断减小,随着台面振幅A的增大而逐渐增大。此外,本文在试验研究的基础上,提出了一种根据台面峰值加速度agmax计算模型重心处加速度ai的计算方法。     

高层结构三维基础隔震抗倾覆试验研究

为拓宽基础隔震技术的应用范围,开发了一种三维隔震抗倾覆支座并对其进行了试验研究。介绍了该支座的设计制作,通过拟静力试验研究其水平向和竖向力学性能。将该支座安装在一高层钢框架模型结构底部,输入不同场地不同峰值加速度的地震动激励,进行了有无三维隔震抗倾覆支座的地震模拟振动台对比试验,测试了模型结构的动力特性、加速度和位移反应以及基底剪力反应等。试验及分析结果表明:该支座具有较好的稳定性和较强的可靠性,结构在8度罕遇烈度地震作用下仍然是安全的;支座对结构在所给4条不同场地地震动作用下的动力反应有着良好的控制效果,且受输入加速度峰值的影响小。     

铁路桩基础桥墩墩底摇摆隔震机制及抗震设计方法研究

近年来,基底摇摆隔震受到国内外学者的广泛关注,由于该方法从结构底部切断了地震传力路径,因而具有隔震效果好,震后可实现自复位的优点。本文针对墩底摇摆隔震问题,通过试验和数值方法研究其摇摆隔震机制及抗震设计方法,为墩底摇摆隔震桥墩在铁路桩基础桥梁中的运用提供依据。(1)基于前期关于铁路高墩桥梁墩底摇摆隔震方法的研究基础,通过对现有铁路桩基础桥墩的设计进行改进,提出一种带有限位耗能钢筋的墩底摇摆隔震方法,并与自由摇摆隔震和无黏结预应力防倾覆钢筋约束摇摆隔震的方法进行了对比,阐述了3种不同摇摆模式桥墩的隔震原理。(2)通过拟静力试验获得了3种不同摇摆隔震桥墩的初始刚度、提离荷载、极限荷载。分析了摇摆隔震桥墩的滞回特性和耗能机制,并研究了预应力防倾覆钢筋和限位耗能钢筋的约束效应及其对摇摆隔震桥墩的抗倾覆能力的影响。结果表明,自由摇摆桥墩摇摆过程中存在抗倾覆能力不足的问题,限位耗能钢筋约束摇摆隔震桥墩具有刚度较大且耗能性能较好的优点,预应力防倾覆钢筋约束摇摆隔震桥墩具有较好的自复位性能。(3)通过振动台试验获得了3种摇摆隔震桥墩在不同的地震波输入条件下的地震响应,包括墩顶水平加速度、水平位移和加台的竖向提离加速度、提离位移。分析了限位耗能钢筋和预应力防倾覆钢筋对桥墩提离摇摆反应的影响。结果表明,自由摇摆隔震桥墩的摇摆反应过大,且碰撞效应明显,不利于桥梁抗震;限位耗能钢筋摇摆隔震桥墩约束效应强,可以明显减小墩顶摇摆幅度;而预应力防倾覆钢筋既可以控制摇摆幅度,同时具有自复位的功能。限位耗能钢筋和预应力防倾覆钢筋摇摆隔震桥墩的隔震效果均较好,能满足设计要求。(4)结合试验结果,提出了可模拟有限位耗能钢筋的摇摆隔震桥墩的四弹簧计算模型。同时利用两弹簧、三弹簧和四弹簧模型分别模拟了3种墩底摇摆隔震桥墩,建立了有限元分析模型,进行了Pushover和动力响应数值分析。分析结果与模型试验结果的骨架曲线吻合度较高。动力响应分析结果与振动台试验得到的加速度、位移试验曲线也具有较好的吻合度。表明了本文采用的弹簧模型能够在一定程度上模拟摇摆隔震桥墩在地震作用下的力学性能。(5)基于模型试验和数值分析结果,针对本文的3种墩底摇摆隔震桥墩提出了关键构件(加台、限位耗能钢筋、预应力防倾覆钢筋)的抗震设计原则。验证了一弹簧分析模型(转动弹簧模型)可以用于桥墩的墩底摇摆隔震简化计算。给出了为防止基础提离时局部混凝土压碎而增设的加台底钢板尺寸的计算公式。提出了摇摆隔震桥墩桩基础的计算模型。通过对原型桥墩进行抗震计算,分析了摇摆隔震桥墩与非隔震桥墩及基础的地震反应,讨论了隔震前后桩基础配筋率的变化。结果表明,隔震后的桩身只需配少量的钢筋即可满足抗震设计要求。     

博物馆文物的防震保护研究--设防地震动输入及文物防震保护参数的确定

通过对上海市及邻近地区地震危害性分析,根据上海博物馆文物防震保护的具体要求,研究确定了该博物馆文物防震保护的设防水准及地震动参数。又根据上海博物馆建筑的结构特征分析,结合建筑结构动力特征的实测结果,计算得到了在给定设防地震动水准下,博物馆建筑物内各个楼层的地震动反应。通过分析馆藏文物的悬吊、固定、浮放等基本放置形式,探讨了文物的陈列特征及其可能造成的震害因素。根据相关浮放物在地震作用下的计算方法、上海博物馆文物的陈列特征及防震设计参数,给出了简便实用、偏于安全的计算模型。结果表明,在现有的抗震设防水准下,遇有大震或中震发生时,目前陈列状态的绝大多数文物均存在倾覆和滑移安全隐患。结果还表明,在上海博物馆4层楼板面地震动从566gal减小到110gal时,绝大多数文物均满足稳定条件。因此,通过选择合适的减震或隔震方法,使得文物所受到的地震动满足小于110gal时,便可使陈列文物在地震中免遭破坏,达到防震保护的目的。     

建筑内浮放式设备抗倾覆高宽比限值研究

提出了浮放式设备抗倾覆高宽比限值的概念,建立了结构—浮放式设备体系的力学模型,推导了地震作用下建筑内浮放式设备抗倾覆高宽比限值计算公式,并对影响设备高宽比限值的因素进行了分析。结果表明,质量对设备高宽比限值几乎没有影响,摩擦系数和地震动强度是影响设备高宽比限值的主要因素,而场地条件对设备高宽比限值的影响与摩擦系数有关。     

浮放文物防震技术的现状研究

为保护我国馆藏浮放文物,基于文献查阅的方法,本文总结论述了我国博物馆文物的存放方式和地震中的破坏形式,指出了传统防震措施的局限性;同时着重探讨了国内外浮放文物隔震技术的现状,并归纳指出了楼层反应谱的计算方法及其影响因素,以及指出了摩擦系数、宽高比等对浮放文物运动状态的影响,且较为详细地介绍了隔震装置的国内外研究现状。同时,指出国内仍需在浮放文物振动控制技术标准和设计方法方面做进一步研究。     

基于摇摆柱的古建筑木结构柱脚节点力学模型研究

在古建筑木结构中,木柱通常直接平摆浮搁于础石之上,形成只有受压而无受拉能力的柱脚节点。在地震作用下,木柱会发生摇摆,柱脚为半刚性节点。为研究地震作用下古建筑木结构柱脚节点的摇摆机理,对柱脚节点的受压状态进行分析,并对木柱的摇摆过程进行分类,给出了不同摇摆过程的判定条件,建立了柱脚节点的弯矩-转角（M-θ）力学模型;通过与柱脚节点的弯矩-转角曲线试验结果进行对比,验证了该力学模型的正确性;将该M-θ力学模型应用于古建筑木结构的地震分析中,分别建立了柱脚半刚性连接和铰接的数值模型,并与振动台试验结果进行对比。研究结果表明：木柱的摇摆过程可分为全截面弹性摇摆、小截面弹塑性摇摆、大截面弹塑性摇摆以及全截面弹塑性摇摆等4类;采用M-θ力学模型得到的柱脚节点弯矩-转角曲线计算结果与拟静力试验结果的差异在10%以内;与铰接的柱脚节点相比,采用柱脚半刚性连接计算的古建筑木结构在地震作用下的动力响应更接近振动台试验结果,结构的加速度峰值、位移峰值与振动台试验结果的差异均在20%以内。     

地震波参数对基础隔震体系的减震效果影响#br# 研究与试验验证

为研究地震波参数对基础隔震体系的动力响应和减震效果影响,选取集集地震中16条地震波作为输入,采用单自由度体系对基础隔震体系进行数值分析,主要分析地震波参数中卓越周期、平均周期、地震动峰值速度与峰值加速度之比和断层距及地震波幅值对其动力响应和减震效果的影响,并进行振动台试验验证。结果表明：地震波参数中卓越周期、平均周期、断层距和地震动峰值速度与峰值加速度之比及地震波幅值对其动力响应和减震效果的影响明显,均具有较强的相关性。同幅值下地震动峰值速度与峰值加速度之比对其减震效果的影响最显著,可以作为评价基础隔震体系的减震效果的主要指标。远场地震波和普通近场地震波下随地震波幅值的增大减震率增大,达到一定的数值后减震率基本稳定,减震效果较好;脉冲型近场地震波作用下其减震效果最差;试验分析结果与数值分析结果基本一致,表明分析结果的合理性和可靠性。     

CNP1000核电厂安全壳1:10模型拟动力试验

由半球形穹顶、筒体和2根扶壁柱组成的预应力混凝土安全壳是我国最新开发的CNP1000先进核电厂的标志建筑物。为验证其在峰值加速度为0.2 g的设计地震水平SL-2工况下的安全,为该安全壳的技术系统集成提供模型结构动态试验依据,完成了该安全壳一个11∶0预应力混凝土模型的单自由度拟动力试验。试验分两个阶段,加载方向分别与安全壳的扶壁柱连线垂直和一致;在有限元分析的基础上,确定了两个阶段试验单自由度体系的理论质量。采用人工波作为地震输入;每个阶段分别进行3个工况试验,地震峰值加速度分别为1 g、2 g和3 g,根据相似关系,对应于实体结构分别为0.1 g、0.2 g和0.3 g;模型结构阻尼比分别取为0.02、0.05和0.05。结果表明,在峰值加速度2 g地震作用下,筒体底部个别测点达到混凝土开裂应变,模型等效抗侧刚度降低仅5%;在峰值加速度3 g地震作用下,除筒体底部外的筒壁测点的应变都小于混凝土开裂应变,模型等效抗侧刚度降低约14%,结构处于弹性阶段。半球形穹顶安全壳具有大的抗震安全储备。     

基于峰值速度的生土围护墙倾倒限值分析

目前农村存在大量生土墙围护的木结构房屋,此类房屋特别是围护墙体在历次地震中受灾非常严重。为了避免墙体在不同地震烈度下发生倾覆倒塌,基于峰值速度,通过简化力学模型对生土围护墙在地震中倾覆倒塌的破坏机理进行分析,得出不同地震烈度下其高厚比的限值。与用加速度值对生土围护墙倾倒高厚比限值的分析结果进行对比,分析存在的差异与原因,得出符合实际的高厚比限值。对于避免生土墙体在不同地震烈度下发生倾覆倒塌具有一定的参考意义。     

基于系列地震试验基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响研究

为了研究基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响,对1个基础隔震结构模型进行了一系列工况的振动台试验。以隔震结构的减震率为指标,分析近场和远场地震下其减震性能的变化,研究相同地震动强度下平均周期、卓越周期、地震动峰值速度与峰值加速度之比、断层距和地震波方向对其减震性能的影响,分析不同地震动强度和多维地震输入下其减震性能的变化,探讨系列地震下其减震性能的退化。研究结果表明,与远场地震相比,近场地震下基础隔震结构模型的减震率相对较低,其减震性能相对较差;地震波参数中卓越周期、断层距和地震动峰值速度与峰值加速度之比及地震动强度对其减震性能的影响明显,宜作为隔震结构减震性能的主要影响因素;系列地震试验表明铅芯橡胶支座具有良好的抗性能退化能力,可以确保隔震结构的减震性能的稳定性。     

悬吊结构减震性能的振动台试验研究

对悬吊结构博物馆文物陈列系统进行了振动台试验,研究在El Centro波、Taft波和兰州波作用下,结构自振频率、文物陈列系统重心变化、加速度响应、动力放大系数等对悬吊结构体系地震响应的影响。试验结果表明:文物陈列系统的地震响应不仅取决于输入烈度的大小,还与地震波的频谱特性及结构的自振特性等有关。当地震波强度较小(峰值加速度不大于0.20 g)时,悬吊结构体系减震效果不明显,且有地震响应增大的趋势;模型结构重心下降可以有效地降低文物的地震响应。当地震波强度较大时(峰值加速度不小于0.40 g),文物地震作用响应相应增大,晃动加剧,并出现移位、倾斜、旋转和倾倒等现象;与非减震结构相比,悬吊结构呈现出良好的减震性能;模型结构重心的降低有助于降低结构的地震响应。     

单层钢框架结构振动台试验与数值模拟对比分析

基于振动台试验结果,采用有限元分析软件ETABS和时程分析法分别模拟单层钢结构模型在不同的地震波及地震加速度峰值条件下的地震反应。在相同加速度峰值的地震波作用下,模型结构的地震反应数值模拟结果与振动台模型试验实测结果吻合良好,证明本文的分析模型及方法是可行的,可作为振动台结构模型试验的辅助工具。     

平凉市博物馆高层结构基础隔震设计与分析

介绍了平凉市博物馆多塔高层结构基础隔震分析的全过程。对隔震支座参数设置及选型原则、水平减震系数取值、隔震支墩设计内力提取、抗震性能评估等进行了详细说明。着重讨论了地震波选取、支座阻尼参数定义等问题。结合大震时结构楼层加速度反应,为馆内浮放文物的防滑移、防倾覆提供了防震保护建议。通过大震弹塑性分析验证结构的可靠性,为同类隔震结构设计提供参考。     

震源机制和断层面的介质刚度对强地面运动的影响

1999年9月21日台湾集集地震(MW7.6)的近断层强地面运动分布具有2个明显特点:(1)地表水平峰值加速度、峰值速度和位移在断层两侧的分布不对称,上盘效应明显;(2)加速度、速度和位移沿断层方向分布特点不一致。在理论分析和对台湾921集集地震的震源机制和断层面的介质特性研究的基础上,建立起一个简化的有限移动源模型,用有限元方法对设计模型的地面运动进行了数值模拟,模拟结果与921集集地震观测到地面运动分布特点相似,并得到如下结论:在不考虑场地条件等影响因素的情况下,断层面的介质刚度在一定程度上影响近场地震动加速度和速度的大小,地面峰值加速度近似与断层面的介质刚度μ成正比,地面峰值速度近似与断层面的介质刚度的平方根μ成正比。另外,与断层面介质特性有关的断层位错量、断层面的倾角、破裂方式和运动方向等震源机制参数对强地面运动分布特点也有很大的影响。过去的研究通常简单地把近场地面运动分布不均匀性归结为震源破裂过程的复杂性,研究结果进一步表明,震源机制和断层面的介质刚度是造成近场强地面运动分布不均匀性的主要因素,震源的复杂性与震源机制和断层面的介质刚度不均匀分布有关。     

卷板式护栏端头正面碰撞分析

为了解卷板式护栏端头安全性能,本文建立有限元仿真模型,运用碰撞试验对仿真模型进行可靠性验证后,对卷板式护栏端头进行正面碰撞分析。结果表明:仿真与碰撞试验结果相符,验证了仿真方法的可靠性;不同速度正面中心碰撞,端头卷板吸能效果良好,但加速度峰值随速度增加有较大增加;不同角度正面碰撞,车辆姿态良好,加速度峰值变化不大;不同位置正面碰撞端头,端头吸能效果良好,加速度峰值变化不大;卷板器质量是加速度峰值产生的最主要因素。卷板式端头可有效降低事故严重程度,保护乘员安全。