长周期地震动作用下结构的弹塑性地震反应分析

高层(超高层)建筑自振周期长,在进行抗震设计和验算时,有必要利用长周期强震动进行分析,而目前可靠的长周期强震动记录数据很少。利用几条地震波对多层和高层结构应用时程法(Wilsonθ法)进行分析。结果表明,长周期地震动作用下,高层结构的动力系数随楼层的增高而增大。     

长周期地震动作用下高层结构地震反应的对比研究

从1999年台湾集集地震记录中分别选取4条远场长周期地震动和4条近场长周期地震动作为输入,在其能量特性分析的基础上,对比研究了某32层高层结构弹性地震反应的变化规律和差异。结果表明:随着地震动的Hilbert能量平均周期Tm E逐渐接近结构的基本周期,结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角逐渐增大;近场长周期地震动作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角普遍大于远场长周期地震动作用下的结果,且楼层的层间位移角明显超出了1/800的限值要求,设计时应关注长周期地震动作用下结构的变形问题。     

地震动作用下消能构件的动力可靠性分析

对地震动作用下消能构件（油阻尼器）的动力可靠性分析,建议了一种简化的动力可靠度分析方法。首先基于首次超越破坏准则,采用极值分布描述建立了消能构件动力可靠度的等价功能函数表达,定义了消能构件响应的安全裕量|然后采用点估计法计算安全裕量的统计矩,并结合四阶矩方法求解消能构件的动力可靠度,最后,以受到地震动作用的一栋钢结构行政楼的油阻尼器动力可靠度问题为例,采用建议方法分析了油阻尼器撞击失效的动力可靠性问题,计算结果表明了建议方法的可行性和适用性。     

长周期地震动作用下超高层建筑结构响应研究

超高层建筑结构自振周期相对较长,易受长周期地震动影响,是抗震设计时值得关注的问题。从PEER强震记录库中选取了Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地共410条工程中常用的强震记录,以一栋高250m、自振周期为6s的超高层建筑结构为例,从输入与输出两个层面对长周期地震动作用下的结构响应进行研究。输入层面,以规范设计反应谱为比较基准,通过分析地震动加速度反应谱,了解不同场地地震动的频谱特征;输出层面,以规范设计反应谱作用下的基底剪力为基准,通过分析超高层建筑结构在各类场地地震动作用下的基底剪力,获得不同场地地震动作用下的结构响应水平;同时,引用日本国土交通省公布的长周期设计地震动进行横向比较,通过弹塑性时程分析得到的不同时刻下结构塑性转角分布情况及发展规律,揭露长周期地震动作用下结构的响应特征与控制因素。     

高层结构在长周期地震动作用下的弹塑性响应

选取三条具有显著长周期特性的地震波,进行频谱特性分析,此后作为地震动时程输入,对高层结构进行基于材料本构的弹塑性时程分析,并与普通地震波作用下的结果进行对比研究。结果显示,高层结构在长周期地震作用下的基底剪力、层间位移都大于普通地震波的作用。     

高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应分析

将地震波进行经验模态分解(EMD)求得固有模态函数(IMF)并做希尔伯特-黄变换,求得地震动记录的累积能量谱以及边际谱。通过边际谱的平均特征周期或β谱2~10 s的加权平均值的定量方式区分出普通地震动和长周期地震动。为了考察高层隔震结构在长周期地震作用下的响应,建立一有实际工程背景的基础隔震的高层建筑模型;输入经过长周期地震波和反应谱与规范反应谱相符的地震波进行时程分析,比较两者作用下结构响应的异同。分析结果表明:定量的方式可以区分长周期地震动和普通地震动,将经过区分的长周期地震波作为输入,算例在长周期多遇地震及罕遇地震作用下,底部固定高层结构和高层隔震结构的楼层剪力平均值、层间位移角以及高层隔震结构的隔震层位移均较与反应谱相符的地震作用下大,隔震层位移的增大尤其明显。从隔震系数和层间位移角而言,长周期地震作用下的隔震效果较差。符合规范反应谱的时程分析表明该高层隔震结构本身隔震性能良好,上部结构性能接近大震弹性。因此高层隔震结构在等值PGA的输入下,长周期地震作用下,高层隔震结构在小震和大震下都很难满足设计要求,对于存在长周期地震动风险的情况下,需要开发适合于高层隔震结构的隔震体系。同时,拟输入地震动为长周期地震动时,等值PGA不是一个合理的指标。     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

长周期地震动作用下大跨径斜拉桥响应分析

为研究长周期地震动对大跨径桥梁地震响应的影响,分别选取了若干长周期地震波和普通地震波进行频谱特性对比;以某特大跨径斜拉桥为例,建立了有限元模型,采用非线性时程分析方法对比分析了2类地震动作用下该桥的地震响应。为控制大跨径斜拉桥在2类地震动激励下梁端的位移响应,选用了弹性连接装置和液体粘滞阻尼器2种措施对比研究了其减震效果。结果表明:长周期地震动对大跨径桥梁的位移及内力响应影响显著;在长周期地震动作用下,弹性连接装置的位移控制效率较低,并会导致结构内力的大幅增加;参数合理的液体粘滞阻尼器的控制效果具有较好的广谱性,即在普通地震动和长周期地震动作用下均有较好的减震效果。     

某超高层结构在长周期地震动下的结构响应分析

已有震害研究表明,超高层建筑在长周期地震动作用下易出现共振现象,而目前国内规范对此的涉及较少,给结构安全带来一定的隐患。本文选取日本十胜冲地震和台湾集集地震中长周期分量明显的2条地震动记录以及2条普通地震动记录作为输入,以某拟建超高层结构为研究对象,运用Perform-3D软件进行了6度多遇和罕遇地震下的弹性和弹塑性时程分析,对比分析了结构在长周期地震动与普通地震动作用下的主要响应。结果表明,长周期地震动造成的结构响应如结构顶点位移峰值、层间位移角峰值等相比普通地震动更为显著,对于该超高层结构应该考虑长周期地震动带来的不利影响。     

长周期地震动作用下RC框架-剪力墙剧场结构弹塑性响应分析

剧场结构为一种典型的功能复杂、楼板局部不连续且跨度较大的结构。为了研究RC框架-剪力墙剧场结构在长周期地震动作用下与普通地震动作用下的响应差异,以某剧场为例,选取14条典型长周期地震动与7条普通地震动进行弹性及弹塑性时程对比分析。结果表明:长周期地震动作用下结构不能满足小震弹性的需求,观众厅、舞台楼板大开洞周围剪力墙及框架柱损伤较为严重,附属层以上竖向构件的损伤大于附属层以下。最后,提出了考虑长周期地震作用时的合理控制指标,并针对性地提出了结构的抗震措施建议。     

远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性

已有震害研究表明超高层建筑在远场长周期地震动作用下易出现长时间晃动的共振现象,国内超高层建筑在不同概率水平的远场长周期地震动作用下的响应特性有待验证。为此,参考实际工程建立超高层结构模型,利用已有方法确定不同概率水平的校验远场长周期地震动,对比分析超高层建筑在远场长周期地震动和规范设计地震动作用下的结构响应特性、非结构响应特性,以及居住者感受程度。分析结果表明：在结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下结构的层间位移角增大约15%,楼层累积滞回耗能提高约100%;在非结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下的中部楼层的位移敏感构件损坏、顶部楼层的长周期附属设备加速度响应、家具滑动和居住者不安度相对显著。超高层建筑主要应通过提高结构耗能能力和控制非结构响应来应对远场长周期地震动。     

远场长周期地震动作用下隔震结构的抗震性能及控制措施研究

隔震结构作为一类具有较长自振周期的结构,其在长周期地震作用下的抗震性能值得研究。以某铅芯橡胶支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,首先,研究了隔震结构在远场长周期地震作用下的地震响应特点和损伤分布规律;然后,通过增设钢支撑对隔震结构的不利地震行为进行控制,并对其控制效果进行了研究。研究结果表明,与普通地震动相比,当峰值地面加速度相同时,长周期地震动对隔震结构的破坏力更强;长周期地震动作用下隔震结构的层间变形分布很不均匀,受损部位主要集中在结构底层;增设钢支撑能够有效改善长周期地震动作用下隔震结构底层受损严重的情况,但对支撑参数、布置位置和数量应作进一步研究。     

多维地震动作用下框架结构的地震反应分析

钢筋混凝土框架结构采用轻钢结构加层后,整体结构刚度沿高度分布非常不均匀。在结构顶部的钢框架内设置粘滞阻尼器,采用地震时程分析方法并考虑材料的非线性因素,对某加层后的框架结构在多维地震作用下的非线性动力反应进行研究。结果表明,设置粘滞阻尼器来调节地震作用对结构的不利影响,可显著减小加层结构的层间位移,需进行多维地震作用下的时程分析才能真实地反映其地震响应。     

地震动长周期反应谱数值计算方法研究

阐述了国内外反应谱的通用模型及计算方法,并指出其共性问题,简单介绍了等效线性化位移反应谱数值模型,探讨了抗震设计谱的发展趋势以及所涉及的新课题,从而促进抗震设计谱的研究。     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析北大核心CSCD

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

多维地震动作用下非对称结构扭转耦连随机反应分析

工程结构的随机地震反应分析,常在频域中用到地震动的功率谱密度函数。本文应用作者提出的地震动的转动功率谱数学模型,对非对称结构进行了随机反应分析。从多维地震动输入下的结构三维振动方程出发,给出了结构多维随机振动的振型位移法和振型加速度法。通过数值计算,讨论了扭转分量对结构反应的影响,得到了一些对实际工程有意义的结果。     

基于小波包变换的长周期结构高频地震动瞬态反应研究

高频地震动对长周期结构的影响往往不被重视,结构瞬态振动的作用通常被忽略。借助小波包分解,以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在实际地震动作用下的瞬态反应计算。通过长周期和短周期结构工程实例的瞬态反应计算,揭示了长周期结构在高频地震动作用下的瞬态振动规律。研究结果表明,结构在低阶振型的振动位移主要受瞬态反应的影响;长周期结构在高频地震动作用下随建筑物高度的增加,瞬态振动的影响愈加显著。因此,高频地震动作用下,长周期结构的瞬态振动不能被忽略,其最大值甚至超过结构在地震激励期间所发生的共振位移,由此提出以结构基本自振频率与激震频率之比值作为划分长、短周期标准的建议。     

某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析

以某220 m超高层框架-核心筒结构的消能减震效果为研究对象。采用NosaCAD结构分析程序对该结构进行弹塑性时程分析,对比分析了该结构在6度多遇和所选取的罕遇地震作用下普通伸臂桁架与耗能伸臂桁架对结构地震作用下的消能减震效果。分析结果表明:消能伸臂桁架能在一定程度上改善该结构的抗震性能,结构顶层峰值加速度响应平均降幅约为10%,层间位移角平均降幅约为15%;该结构在罕遇地震作用下的损坏情况有所减轻,伸臂桁架位置布置的黏滞阻尼器对降低结构在地震作用下的响应发挥了一定的作用。     

远场长周期地震动反应谱拐点特征周期研究

研究远场长周期地震动反应谱两个拐点周期的统计特征以及主要因素的影响规律。考虑震中距、震级和场地类型不同,筛选长周期成分丰富的破坏性浅源强震数字化记录,通过反应谱分析,基于Newmark-Hall模型计算加速度反应谱第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期,分析特征周期的变化规律。结果表明：第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期随震中距和震级的增大而增大,场地类型对第一下降段特征点周期有显著影响,而对第二下降段特征点周期的影响不显著;震中距和震级与第一和第二下降段特征点周期的秩相关性处于中等偏弱水平,表明该两个特征点周期随震中距和震级而变化,采用单一的震中距和震级估算设计反应谱的特征点周期,并非可靠;第一和第二下降段特征点周期的线性相关性为中等偏弱水平,现有规范以第一下降段特征点周期估算第二下降段特征点周期的线性模型并不适用于长周期地震动反应谱。考虑震中距、震级和场地类型的综合影响,给出了长周期地震动反应谱第一和第二下降段特征点周期的计算模型;依据四类场地上的统计平均值,给出第一和第二下降段特征点周期建议取值,可供规范修订时参考。