基于三维隔震的巨子结构多维地震反应分析

为解决高层结构三维隔震的难题,针对一种巨子结构和基于子结构三维隔震的巨子结构进行振动台试验和三维地震作用下的数值分析。首先介绍了巨子结构的原型结构、缩尺模型结构和振动台试验方案。随后进行了模型结构振动台试验,测量和分析了结构的地震响应,并与数值分析结果进行了对比。最后对原型结构进行了三维地震作用下的地震反应数值分析。试验及数值分析结果表明：在子框架底部设置三维隔震支座不同于基础隔震的形式和减震机理,但仍延长了整个结构的水平和竖向自振周期。数值分析结果与试验结果吻合较好,误差较小。隔震子框架对各类场地地震动作用下的主框架三维地震响应具有明显的调谐减震作用。三维隔震支座对各类场地地震动作用下的子框架三维地震响应具有显著的隔震作用。罕遇地震作用下的隔震层位移反应没有超过隔震缝宽,子框架不会与主框架发生碰撞。     

巨型框架结构的隔震分析

采用ANSYS通用有限元程序建立了巨型框架结构隔震分析的动力计算模型,对巨型框架结构进行了隔震动力时程计算,给出了巨型框架结构隔震后在多条地震波作用下的动力位移及内力等地震响应。计算结果表明,巨型框架结构在隔震后具有良好的抗震性能,可有效地降低结构的地震响应,计算结果对于确保巨型框架结构的抗震安全性具有较大的意义,同时对选择结构构件截面尺寸,也具有较大的参考价值。     

钢隔震墩在低层框架结构中的应用研究

钢筋沥青隔震技术在砖砌体农居的减震效果已经过工程实践检验,但在低层框架结构中应用还不常见。为研究其抗震性能,根据相关理论设计了一种新型钢结构隔震墩,介绍其构造、工作原理及设计理论,制作了1/2缩尺框架子结构模型,通过地震模拟振动台试验输入Taft波和卧龙波,对比分析结构地震反应,研究钢隔震墩模型的振动特性。试验表明:在100 cm/s~2的地震动作用下,隔震层钢筋处于弹塑性工作状态,震后能复位到接近原点;钢隔震墩加速度折减系数一般在0. 52以下,具有明显的减震效果;结构变形主要发生在隔震层,极大减小了上部结构地震反应。同时,钢隔震墩施工方便,造价低廉,耐久性好,可以在乡镇地区低层框架结构房屋及变电站建筑中广泛推广使用。     

基于ANSYS的多层框架结构隔震性能分析

采用ANSYS有限元分析法,对某8层框架结构进行隔震性能分析。通过采用铅芯橡胶基础隔震技术,分析框架结构地震反应的特点及其减震效果。对比分析隔震前和隔震后的抗震性能,可以看出结构采用铅芯隔震支座后隔震效果明显,隔震结构的层间剪力、层间位移、最大加速度都远远小于非隔震结构。     

含减振子结构的巨型框架结构模型振动台试验研究

在含减振子结构的巨型框架结构(MFVCS)中,通过在部分主、次框架的连接处,即次框架柱底部和主框架梁之间设置隔震支座,从而形成减振子结构。为研究MFVCS的减震效果,设计并制作了一个几何缩尺比为1/25的模型,通过更换最顶部的子结构柱底的支座类型,形成非减振和单减振巨型框架两个结构。通过振动台试验,得到了两结构的动力特性和加速度、位移响应,并对比分析了不同地震动作用下的减震效果。结果表明：试验过程中主体结构损伤轻微;不同地震波作用下加速度和位移峰值减震系数平均值分别为15.1%和12.3%,加速度和位移均方根减震系数平均值均为22.2%;含减振子结构的巨型框架结构具有较明显的减震效果。     

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系振动台试验研究

本文进行了一幢多功能减振巨型框架模型和一幢普通巨型框架模型的振动台对比试验。试验结果表明,多功能减振巨型框架结构在减小结构地震反应方面效果非常明显。     

基础隔震多层钢框架结构地震反应分析

基于有限元理论和动力学原理,采用大型有限元分析软件SAP2000建立多层钢框架房屋的非隔震和基础隔震结构三维有限元模型,并运用动力时程分析法对两种模型进行X、Y、Z三个方向的地震动力反应分析。分析结果表明:基础隔震后多层钢框架结构的水平地震反应明显低于非隔震结构。其上部结构的自振周期显著延长,层间剪力大大减小,层间相对位移和楼层加速度远小于非隔震结构,上部结构基本呈现整体平动状态。但基础隔震结构的竖向加速度反应有可能增大,设计中应引起注意。     

巨型框架结构体系地震响应问题的ANSYS分析

采用大型有限元软件ANSYS对巨型框架结构进行了动力时程分析,讨论了不同主次框架刚度比下巨型框架结构的地震响应,计算结果表明,钢筋混凝土巨型框架在地震作用下的侧移曲线为弯剪型;主次框架刚度比对巨型框架弹性地震反应有较大影响;结构的高阶振型对结构反应有一定影响,当与地震波卓越周期相近时可能发生类共振现象。     

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系具有调频质量减振，基础隔震和阻尼耗能减振等多种减振功能。弹塑性动力分析和振动台试验表明，在水平地震作用下，钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的地震反应显著降低。     

铅心型橡胶基础隔震结构的竖向地震反应分析与研究

铅芯橡胶基础隔震技术是目前国内外应用和发展速度最快的隔震结构形式。目前国内外对这种结构的水平隔震性能研究较多,而竖向隔震效果分析却不多见。文章应用大型有限元分析软件ANSYS,对在竖向地震作用下非隔震与隔震的钢筋混凝土框架结构进行动力特性和弹性时程分析。计算表明,隔震后结构的底层轴力、层间位移等都比隔震前严重,证明了基础隔震结构应该考虑竖向地震的作用。     

山地掉层框架隔震结构振动台试验研究

在山地掉层结构的上、下接地层设置橡胶隔震支座,形成山地掉层隔震结构。为研究山地掉层隔震结构的抗震性能,对某8度抗震设防区掉2层1跨的7层钢筋混凝土框架结构以相似关系1∶10制作了振动台试验模型,通过在试验模型底部安装和拆卸橡胶支座的方法分别进行了掉层隔震与非隔震结构模型的振动台试验,对比分析了山地掉层隔震与非隔震结构模型宏观试验现象、频率变化、楼层加速度、楼层位移以及混凝土应变的区别。结果表明：与山地掉层非隔震结构相比,山地掉层隔震结构的扭转效应减小,地震响应得到有效控制,其抗震性能明显高于非隔震结构,且安全储备高;将隔震技术应用于山地掉层结构中是可行的。     

密肋壁板轻框结构隔震房屋模型振动台试验分析

通过对密肋壁板轻框结构隔震房屋与非隔震房屋模型振动台的试验 ,就隔震房屋的设计、减震效果、振动特性及地震反应进行了分析探讨。试验结果表明 ,自阻尼叠层橡胶隔震系统性能稳定 ,隔震效果显著 ,只要进行合理的隔震设计 ,隔震房屋的地震反应较非隔震房屋的地震反应可降低 2 3左右     

昆明新国际机场航站楼A区结构模型振动台试验研究

通过对昆明新国际机场航站楼A区结构1/60模型进行地震模拟振动台试验,分析了结构形式复杂的大跨度基础隔震结构模型的设计方法,分别测试了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性、阻尼比及其在不同地震动输入时结构的加速度、位移、扭转等动力反应,以及大跨度网架的竖向振动等,研究了结构破坏机理和破坏模式。试验结果表明：基础隔震能够有效延长结构的自振周期、增加结构的阻尼比、提高结构的耗能能力;通过基础隔震,可以将水平地震输入加速度峰值降低到原来的40%,对竖向加速度没有降低作用,但通过对水平加速度的降低有效抑制了大跨度网架的竖向振动;烈度8.2度地震作用下隔震结构的位移、加速度、扭转等反应均比7.5度地震作用下非隔震结构的反应要小,且隔震结构在8.2度多遇和罕遇地震作用下结构的层间最大位移角分别为1/636、1/201。试验表明原型结构设计基本合理,采用基础隔震能够有效提高结构的抗震性能,隔震层以上结构在8.2度抗震设防烈度时的水平地震作用小于非隔震结构在7.5度抗震设防烈度时的对应值。最后针对试验及分析结果对原型结构设计提出一些改进建议。图8表4参4     

Study on seismic behaviour of a new hybrid structure with shaking table test and numerical analysis

This paper presents a study on a hybrid high‐rise structure that has two structural systems: the main one is a mega‐frame consisted of mega‐columns, strengthened floors and the outrigger truss on the top; the secondary one consists of typical floors between the strengthened floors. Because of the complexity and innovation of the structural system, a detailed study, including shaking table test and numerical analysis, is needed to research the seismic property of the hybrid structure. First, a 1/50 shaking table model was tested by the State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering of Tongji University to obtain the frequencies of the free‐vibration modes and dynamic property of the model. Second, this paper used 3D finite element analysis software, named MIDAS, to build the numerical models. Two kinds of models were made to simulate the shaking table model and the prototype structure, respectively, and then a comparison between the analytical and experimental results was presented in this paper to verify the numerical models. In addition, the seismic behaviour of the prototype was analysed by the MIDAS. Finally, the structural system of the new hybrid structure was verified to be valid and applicable. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基础隔震和非隔震结构模型振动台试验对比研究

昆明新国际机场航站楼(A区)结构为目前世界最大单体隔震结构。建立了该建筑1/60缩尺模型,完成了隔震结构模型和非隔震结构模型的振动台对比试验。研究了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性,以及隔震结构在8.2度多遇、基本、罕遇地震烈度作用下和非隔震结构在7.5度多遇、基本、罕遇地震烈度作用下结构的加速度和位移反应,以及基础隔震对结构顶部大跨网架竖向振动的影响。研究结果表明,基础隔震能够延长结构自振周期,增加结构阻尼比,有效降低隔震层上部结构的地震反应,同时能够有效降低大跨网架结构的竖向振动;发现该建筑进行基础隔震后按照7.5度设防烈度设计能够满足8.2度设防烈度要求,且满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。     

Shaking table model test of a mega‐frame with a vibration control substructure

A mega‐frame with a vibration control substructure (MFVCS) is a tuned mass damper system that converts substructures into a tuned mass. In this study, a kind of MFVCS using lead–rubber bearings (LRBs) to connect the vibration control substructure to the mega‐frame was proposed. To investigate the damping effect of this MFVCS, a series of shaking table tests were conducted, and the seismic responses of the MFVCS were compared with those of the traditional mega‐frame structure (TMFS). The results show that the seismic responses of the MFVCS are clearly smaller than those of the TMFS; additionally, the proposed MFVCS can provide a sufficient damping effect under different ground motions. Finite element (FE) models of the TMFS and MFVCS were established and validated by experimental results. Finally, the simulation results adopting different LRB models (equivalent linear and nonlinear elements) were compared, and the results indicate that simulation results can be obtained with greater accuracy from the FE model with a nonlinear LRB model than that with a linear LRB model.     

基础隔震结构竖向地震反应试验研究

通过模拟地震振动台试验,研究了基础隔震结构的竖向地震反应特点.首先通过对不同支座的竖向力进行比较可知,基础隔震结构在遭遇水平地震波时,位于支座布置平面中非对称轴的支座处可能产生较大的竖向反应;其次对隔震结构和非隔震结构的竖向地震反应进行对比分析可知,基础隔震结构对于竖向地震动的隔震效果不明显.因此竖向地震动对结构的作用不可忽视,在进行基础隔震结构抗震设计中应加以关注.     

Shaking table model test and FE analysis of a reinforced concrete mega‐frame structure with tuned mass dampers

To study the damage characteristics and to evaluate the overall seismic performance of reinforced concrete mega‐frame structures, a shaking table test of a 1/25 scaled model with a rooftop tuned mass damper (TMD) is performed. The maximum deformation and acceleration responses are measured. The dynamic behavior and the damping effect with and without TMD are compared. The results indicate that the mega‐frame structure has excellent seismic performance and the TMD device has a significant vibration reduction effect. A finite element (FE) model simulating the scaled model is also developed, and the numerical and experimental results are compared to provide a better understanding of the overall structural behavior in particular those related to the dynamic characteristics and damping effect. Upon verification of the FE model, other important structural behavior can also be predicted by the FE analysis. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

巨型框架结构的动力性能研究及设计建议

根据采用巨型框架结构体系的南京多媒体综合大楼 1∶2 5微粒混凝土模型的模拟地震振动台试验 ,着重研究了巨型框架结构的动力特性、弹性和弹塑性地震反应及结构的破坏形式 ,并对巨型框架结构体系提出了一些具体的设计建议