巨-子结构控制体系振动台试验与有限元模型对比分析

为了研究巨-子结构控制体系的抗震性能,该文进行了巨-子结构控制体系的振动台试验研究。试验模型均为钢框架模型且包括三个不同的模型,分别称为抗震结构模型、隔震结构模型和隔震-底层固结模型。采用大型有限元软件SAP2000对试验模型进行了非线性时程分析,并在主结构的加速度、层间位移,子结构的层间位移以及隔震层的变形方面与试验结果进行了对比分析。结果表明:理论分析与试验研究结果吻合较好,且不论是理论计算结果还是试验实测结果,隔震结构以及隔震-底层固结结构相对于抗震结构而言,结构的响应减小明显,说明结构施加隔震装置后能有效减小结构响应,从而保证结构的安全性。     

基于广义层间位移角谱的复合自复位结构体系的参数分析

提出了复合自复位结构体系,该结构体系在层次上由基本功能分区和损伤控制分区组成。根据不同分区的结构变形特征将复合自复位结构体系简化为由剪切梁和弯曲梁组成的双梁分布体系模型。求解得到复合自复位结构体系振型方程的闭合解,分析该体系在不同剪弯刚度比和弯曲梁与其底部约束刚度比下振型和振型转角的变化规律。基于振型叠加法得到体系的广义层间位移角谱,分析了剪弯刚度比和弯曲梁与其底部约束刚度比、阻尼比和高阶模态对体系广义层间位移角谱的影响。结果表明:在剪弯刚度比介于1~3的区间,弯曲梁与其底部约束刚度比介于1~5的区间,通过附加一定的阻尼,体系不仅可以抑制高阶振型的影响得到较均匀的层间位移分布而且可以降低最大响应。以广义层间位移角谱为工具,可以实现复合自复位结构体系直接基于位移的设计。     

基于局部平稳法的粘滞阻尼被动控制结构抗震可靠度分析

针对基于确定性激励的被动控制装置参数设计不具有普遍性的问题,提出了粘滞阻尼被动控制结构在一般非平稳随机地震动作用下抗震可靠度分析的局部平稳法。首先基于非平稳随机过程的局部平稳小波模型,提出了适用于临界阻尼比较大的粘滞阻尼被动控制结构的非平稳地震动输入-多自由度（受控）结构位移响应输出的功率谱关系。其次,根据超越过程的Markov过程假定及各阶响应谱矩,得到了受控结构层间位移的动力可靠度。数值分析结果表明：粘滞阻尼器在不同层间的配置,对受控结构的层间动力可靠度有显著影响。最后,以一个6层剪切型多自由度结构为例,对比了Monte Carlo模拟估计与本文所提方法计算的结构动力可靠度,验证了该方法的可靠性与高效性。     

变刚度地基上基础隔震结构动力学特性变化规律试验研究

基于饱和砂性土地基动孔压比变化对地基刚度的影响规律,通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法,提出了变刚度地基上隔震结构振动台模型试验方法,并结合已完成的不同地基上土-桩-隔震结构系列振动台模型试验,分析了地基刚度变化对基础隔震结构动力学特性的影响规律。结果表明,随着结构-土体相对刚度比的增大,变刚度地基上基础隔震结构一阶自振频率降低,但体系阻尼比明显增大,尤其是隔震层的隔震效率发生了明显的降低。变刚度地基上结构-土体相对刚度比显著影响隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应,强震下结构-土体相对刚度比越大,隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应较刚性地基时增大越显著。基于系列振动台模型试验结果,初步给出了基于结构-土体相对刚度比的小高宽比隔震结构模型周期延长率、阻尼比、层间位移角SSI影响率以及隔震层位移SSI影响率的预测公式,该研究结果有助于推动结构隔震技术的更广泛应用。     

基于虚拟激励法的框架-摇摆刚架结构体系的动力可靠度研究

针对框架结构的受力特点,采用增设摇摆刚架的抗震设计方法。以某6层框架结构作为研究对象,建立结构体系的计算模型,并将状态空间与虚拟激励法相结合,求解结构的平稳随机响应;以所得随机响应计算框架-摇摆刚架体系的动力可靠度,探讨了多遇地震作用下不同刚度比的摇摆刚架对结构体系动力可靠度的影响。结果表明：通过增设不同刚度比的摇摆钢框架,可以有效降低结构体系各层及整体结构的条件失效概率,为工程设计和研究提供一些参考。     

层间组合隔震结构随机动力可靠度分析

为了限制隔震层在大震作用下的层间位移,基于在隔震层增设黏滞阻尼器的层间组合隔震体系,分别采用刚度非退化和退化的Bouc-Wen模型模拟隔震层及其他楼层的恢复力特性,建立了层间组合隔震结构在大震作用下的运动方程,运用虚拟激励法对该体系进行随机响应分析,得到了隔震层及其他各层层间响应峰值的统计量。以隔震层和其他各层的最大层间位移作为控制指标,建立极限状态方程,采用当量正态化法(JC法),基于串联模式计算了体系的动力可靠度。通过数值分析,比较了层间组合隔震、层间隔震与非隔震结构的总体失效概率。最后通过改变黏滞阻尼器的速度指数和黏滞阻尼系数,系统地研究了黏滞阻尼器参数对层间组合隔震结构动力可靠度的影响。结果表明:层间组合隔震结构的总体失效概率比层间隔震结构和非隔震结构都要低。当黏滞阻尼系数不变时,速度指数越小,结构的总体失效概率越低;当速度指数不变时,随着黏滞阻尼系数的增加,结构的总体失效概率呈现出先减小后增大的趋势,结构的主要失效模式也逐渐由隔震层过渡为上部结构。     

粘滞阻尼减震结构振动台试验与动力可靠度分析

开展了随机地震动作用下黏滞阻尼减震结构振动台试验,并采用概率密度演化方法和等价极值事件原理,对有控和无控试验模型的动力可靠度分别进行了分析。结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入。试验结果表明:采用黏滞阻尼器作为减振装置,能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,与此同时,楼层剪力的均方根值一般也较无控时明显减小;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本输入时,黏滞阻尼器取得的减振效果不同。试验模型动力可靠度分析结果表明,有控模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度均较无控时显著提高,抗震可靠性明显增强。     

新型巨-子结构消能控制体系的动力特性及减震性能研究

基于旋转惯容阻尼器(Rotation Inertia Damper,RID)具有实际物理质量小,且能提供较大阻尼力的特点,提出将RID应用到巨型结构体系,形成RID-巨-子结构消能控制体系.通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程,分析RID参数(等效质量和等效阻尼系数)对系统动力特性的影响规律.在此基础上...     

基于整体可靠度的隔震结构参数优化分析

为了研究隔震结构关键设计参数对其在地震作用下整体可靠度的影响,将隔震结构简化的两质点计算模型,隔震层采用Bouc-Wen模型来模拟,上部结构采用刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,建立了隔震结构的运动方程,结合虚拟激励法与可靠度理论,分析了隔震结构在不同周期比、屈重比与阻尼比下的平稳随机地震响应与动力可靠度。并以整体可靠度为目标,对隔震结构的设计参数进行优化选取。将上述理论运用于设防烈度为8度的某隔震结构,分析了隔震层与上部结构的层间位移峰值的随机地震响应,并计算了隔震结构的整体可靠度。研究结果表明,隔震结构的周期比、屈重比及阻尼比的适当选取,能使隔震结构的隔震层与上部结构位移响应均较小,从而使隔震结构整体可靠度较高。从整体可靠度的角度对隔震结构的安全性进行评估,对隔震结构的合理设计及性态控制有指导意义。     

动力可靠度约束下基于概率测度变换-全局收敛移动渐近线法的结构优化设计EI北大核心CSCD

基于动力可靠度的结构优化是实现随机动力系统优化设计的重要途径。针对设计变量为系统中部分随机变量分布均值的情形,提出了一种基于动力可靠度的结构优化设计方法。在该方法中,通过概率密度演化理论实现了结构动力可靠度的高效分析。在此基础上,结合概率测度变换,可以在不增加任何确定性结构分析的前提下,实现动力可靠度对设计变量的灵敏度分析。进而,通过将上述概率密度演化-测度变换方法嵌入全局收敛移动渐近线法,实现了基于动力可靠度的结构优化设计问题的高效求解。数值算例的结果表明,所提方法可以显著降低结构分析次数,具有较高的效率与稳健性。     

框支剪力墙结构楼层侧向刚度比值初探

针对现行规范关于框支剪力墙结构设计中楼层侧向刚度控制准则的局限性,从理想化悬臂杆件的抗侧刚度和变形出发,提出高层建筑转换层结构底部刚度的需求应使结构的变形与理想化悬臂杆件的变形接近;通过经典力学原理推导出上述理想杆件变形曲线,并以此曲线为基准,得出符合此曲线的结构层间位移角,以工程界所熟悉的层间位移角比值作为控制参数反映高层建筑转换层结构的楼层侧向刚度比。进行一系列按不同的楼层刚度控制准则下的典型框支剪力墙结构在地震作用下的弹性及弹塑性性能分析,通过对转换层结构的动力响应和屈服机制进行比较,初步证明该文所提出的楼层侧向刚度控制准则较现行规范更趋合理,可供工程借鉴。     

地铁上盖层间隔震建筑设计研究

层间隔震技术是提升地铁上盖结构抗震性能的有效措施。为识别影响该类结构关键设计指标的控制因素,从而指导该类结构的精细设计,依托一大底盘-双塔楼地铁上盖层间隔震工程案例,考虑了3种塔楼方案和4种隔震层方案,设计了12个分析案例。基于精细模型分析了塔楼、隔震层和大底盘相对刚度比和隔震层屈重比对9个关键设计指标的影响规律,包括塔楼和大底盘的中震减震系数、大震最大层间位移角和楼面绝对加速度,以及隔震层的大震位移、极大面压和极小面压,识别了影响各设计指标的关键影响因素。结果表明：对于塔楼,减震系数和楼面最大绝对加速度的控制因素是隔震层刚度和屈重比,减小两者可以取得更好的控制效果,增大塔楼刚度也会存在一定的控制效果,但相对有限;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度及屈重比可以一定程度控制塔楼最大层间位移角,当两者达到一定程度后控制效果均趋于稳定。对于大底盘,塔楼和隔震层对其设计指标影响相对较小。对于隔震层,隔震层刚度及屈重比是大震隔震层位移的主要控制因素,其减小会显著增大该位移;塔楼刚度是极大面压的控制性因素,刚度的增大会带来重力的增大,从而带来极大面压的增大;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度均可显著控制支座中...     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析EI北大核心CSCD

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系减震机理分析及应用

传统的框架-核心筒（FCT）结构体系在保证抗震性能的情况下存在布局不灵活和经济性不足等局限。提出框架-分布芯筒-核心筒（FDCT）高层结构体系，其具有三道抗震防线。为了协调控制层间位移，将其进一步改进为框架-分布摇摆芯筒-核心筒（FDRCT）高层结构体系。建立FDCT结构和FDRCT结构的简化动力模型，并进行频域动力分析和地震动随机分析，探究影响减震效果的主要参数，证明FDRCT结构相比于FCT结构具有更好的减震效果。对典型的FCT结构进行设计调整，建立相应的FDCT结构和FDRCT结构，并进行弹塑性时程分析。结果表明：相对于传统方案，由于FDCT结构刚度较小，地震作用下其位移将适当变大；虽然FDRCT结构的最大层间位移角和顶部位移会略有增大，但层间变形分布更加均匀，限制了薄弱层的出现，且结构加速度响应有所下降。适当增大分布摇摆芯筒的质量可使结构变形更加均匀。分析表明：FDRCT结构既可以提高结构的经济性又具备良好的抗震减震性能，具有良好的工程应用价值。     

随机地震作用下剪力墙结构振动台试验研究

为了开展随机地震动作用下钢筋混凝土剪力墙结构的地震反应研究,制作了一个1/5缩尺的12层现浇剪力墙振动台试验模型,基于谱表示-随机函数方法生成了适用于7度设防的34条非平稳多遇地震动样本。通过结构动力特性测试分析了模型结构的振型和阻尼比变化,根据振动台试验结果分析了随机地震动作用下结构动力放大系数、楼层剪力及层间侧移角的均值、方差、变异系数和概率密度函数。结果表明,结构随机地震反应表现出明显的离散性,加速度放大系数的离散性随楼层增高而增大,楼层剪力的离散性随楼层增高而减小。实测的随机反应及其概率信息可为剪力墙结构随机响应数值模拟和动力可靠度评估提供验证。     

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。     

箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面框架拟静力试验研究

提出一种箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面纯框架及减震框架,设计了两榀5层原型结构,对两榀原型结构试验子结构进行0.7倍缩尺,完成拟动力试验之后继续进行拟静力试验,该文对拟静力试验中两榀框架的滞回性能、各典型部位应变变化、刚度退化及耗能能力等进行对比研究。试验结果表明,当层间位移角为0.005 rad(1/200)时,纯框架和减震框架整体均保持弹性状态,中间柱型摩擦阻尼器开始摩擦耗能,占结构总耗能的71.3%;当层间位移角为钢结构弹塑性位移角限值0.02 rad(1/50)时,两榀试验结构滞回曲线均呈双线性,节点域均无塑性产生,减震框架柱脚塑性发展较纯框架更小;当层间位移角为0.04 rad(1/25)时,滞回曲线均更为饱满,节点域仍无塑性产生,纯框架柱脚屈曲更为明显。拟静力试验中两榀框架连接节点可靠,中间柱型摩擦阻尼器通过摩擦耗能,有效延缓减震框架主体结构塑性发展,减震框架结构刚度、耗能能力、抗震性能优于纯框架。     

基于结构整体损伤指标的钢框架地震易损性研究

以9层梁柱焊接钢框架为例,选取20条满足场地条件的地震波,对结构进行动力增量时程分析(IDA),对比分别以层间位移角和能量耗散作为结构整体损伤指标评判的结构损伤程度,发现仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构抗倒塌能力,而仅以能量耗散作为结构整体损伤指标则无法判别结构失效模式。为避免单一结构整体损伤指标的缺点,能够同时考虑整体结构的首超破坏与累积损伤,提出了一个基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型,定义结构4种极限破坏状态,对比层间位移角、能量耗散与建立的结构整体损伤模型的结构损伤曲线与易损性曲线。结果显示,基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型能够更加合理的描述结构的损伤程度。     

附加阻尼的悬挂式巨型框架复合支撑体系地震响应分析

将悬挂式巨型框架结构简化为质点系模型后,利用SAP2000软件静力弹塑性分析模块计算各层主、子结构的抗侧刚度,并讨论其简化质点系模型的合理性。在此基础上,提出一种附加阻尼的悬挂式巨型框架复合支撑体系,选取三条地震波,利用自编程序进行地震响应弹塑性时程分析。计算结果表明：随着抗侧刚度的增加,体系由阻尼消耗的地震能量增加,而变形耗能减少。附加阻尼的预应力复合支撑体系,在减小体系各层水平位移的同时,有效地减小主、子结构间的相对位移,能够避免主、子结构的碰撞,对主结构起到保护作用。