球支撑滚动隔震体系振动分析

本文建立了具有复位能力的球支撑滚动隔震体系的计算模型和运动方程,对刚体隔震体系在简谐波激励下的反应进行了分析和研究,对一般剪切型结构,从理论上初步提出了隔震层的最佳刚度问题,给出了设置隔震层时单质点振子的反应谱曲线.     

基础隔震结构隔震层水平性能设计研究

对于基础隔震结构,隔震层的水平刚度和阻尼比是其减震效率的关键因素。以成都博物馆为工程实例,以试验得到橡胶隔震支座的力学性能参数为基础,建立隔震与非隔震结构有限元计算模型。在多遇地震作用工况下和罕遇地震作用工况下,隔震层水平刚度在0.25～2.0倍实际工程隔震层水平刚度范围内,阻尼比在5%～30%范围内,对比分析结构层加速度、总剪力及总倾覆力矩的减震效率变化趋势,以及减震效率与隔震层水平刚度和阻尼比之间的对应关系。基于对比分析结果,对采用叠层橡胶支座的基础隔震结构,提出了不同隔震目标下隔震层水平刚度和阻尼比的建议取值范围。     

考虑参数优化的层间隔震结构振动台试验研究

为了研究隔震层在不同位置的层间隔震结构减震效果,验证层间隔震结构参数优化理论,建立了不同隔震层位置的层间隔震结构模型,优化了隔震层上下部频率比,对隔震层采用侧移刚度偏小值、优化值和偏大值的层间隔震结构模型进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明,层间隔震技术能有效地降低结构地震反应,减震效果随着隔震层位置的升高而逐渐降低;经过参数优化设计的层间减震体系能在最大限度地降低隔震层下部结构层间位移反应的同时,有效地控制隔震层上部结构绝对加速度反应;同时研究表明,在实际工程中,进行理论计算的优化侧移刚度值和由橡胶隔震支座的类型和数量决定的实际优化侧移刚度值存在一定的误差是允许的。     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。     

轻木-混凝土混合结构木制层间隔震体系的振动台试验研究

针对轻木-混凝土混合结构在地震作用下上部木结构反应放大的问题,提出在两种结构层间采用木制隔震装置形成隔震体系,并设计两层足尺模型进行地震模拟振动台试验,研究该体系的层间隔震效果。依次输入峰值加速度为0.10g～0.40g的3种地震波,分别对层间隔震模型和非隔震模型在纵横向的地震响应进行试验研究。结果表明：木制隔震装置有效降低了上部轻木结构的加速度反应,隔震层上下最大加速度降幅可达38%;隔震结构的相对位移集中于隔震层,上部轻木结构的层间位移较小,起到了良好的隔震作用;罕遇地震作用下,隔震层发生明显的相对位移,Taft波、人工波和El Centro波作用下最大相对位移分别为82.26、82.92 mm和57.2 mm,说明隔震装置能有效降低模型的地震反应,且隔震效果与输入地震波的频谱特性有关。此外,下部混凝土结构与上部轻木结构的刚度比对隔震装置的隔震效果有一定的影响,刚度比较大时,其隔震机理及效果类同于基底隔震,试验结果表明隔震效果良好;当刚度比较小时,其隔震机理及效果类同于TMD被动调谐减震,要达到理想的减震效果有待进一步的参数优化。     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。     

层间隔震剪力墙减震耗能效果分析

通过在剪力墙加设层间隔震层来研究低剪力墙结构在地震作用下的地震反应,将加设隔震层的低剪力墙看成是多质点体系,通过对层间隔震层刚度设计的变化来调节层间隔震低剪力墙的受力性能。结果表明,加设隔震层后,通过调节隔震层刚度的方法可有效降低剪力墙的层间剪力,改善低剪力墙的抗震性能。     

自动复位基础隔震体系的试验研究

本文建议了一种多自由度自动复位基础隔震体系,并建立了其计算模型和运动方程。对两质点以滚球隔震模型进行了振动台试验。结果表明,与基础固定钉比,隔震体系对上部结构的地震反应具有明显隔震效果。     

隔震层刚度对摩擦滑移结构地震反应的影响

为研究隔震层刚度对基础隔震结构隔震情况的影响,以寻求最优隔震层刚度。在一多层简单钢筋混凝土框架结构的基底设置摩擦系数为0.05的摩擦滑移隔震钢板,采用SAP2000建模和分析。比较了首层柱子底部做成刚性底板与否的隔震情况,也比较了在不同隔震层刚度下结构的隔震情况。研究结果表明:设有刚性底板的隔震结构能有效控制基底最大滑移量。所选结构在隔震层刚度为2 000 kN/m时隔震效果最佳,降低了结构在地震中的峰值反应如自振周期、层间位移、层间剪力和加速度反应,某些减震率甚至超过90%。     

隔震层屈服系数对基础隔震结构性能的影响

为研究隔震层屈服系数对采用橡胶隔震支座的基础隔震多层结构水平向地震反应的影响,首先对单质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律进行分析,包括按等效线性化反应谱法简化计算和按时程分析法计算。然后以一个多层隔震结构为例,研究多质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律。同时,分析在不同支座压应力和地震输入强度下的相关性。分析结果表明：对应最小水平向减震系数,存在一个最优隔震层屈服系数区间,且隔震支座平均压应力越小,最优屈服系数越大;隔震层水平位移随隔震层屈服系数的增加而减小;隔震层和各楼层最小水平向减震系数对应的最优屈服系数不同;随着隔震层屈服系数的增加,上部各楼层的水平加速度也相应增加,表现为中间层增幅小、顶层和隔震层增幅大。水平地震输入峰值加速度越大,最小水平向减震系数对应的隔震层最优屈服系数越大,建议参考罕遇地震作用下的地震反应评估隔震装置的隔震效果。     

设置黏滞阻尼墙的钢框架结构振动台试验研究

以3层设置黏滞阻尼墙的钢框架结构为研究对象,对其进行3条地震波在不同水准下的振动台试验。通过对设置与不设置黏滞阻尼墙的两种结构动力特性和动力响应对比,分析了黏滞阻尼墙的减震效果和耗能特征及其变化规律。研究结果表明,黏滞阻尼墙是一种同时提供附加刚度和附加阻尼的被动消能减震装置,其在提供附加阻尼和附加刚度的同时可以对结构位移起到非常显著的控制作用,并且随着输入地震波峰值加速度的增大,该附加刚度逐渐减小,而附加阻尼则逐渐增大。此外,有限元分析结果与振动台试验结果的吻合度随响应对象和激励工况的不同而变化,说明了传统Maxwell模型用于模拟黏滞阻尼墙在动态力学特性方面的局限性。     

注胶加固震损混凝土框架模型振动台试验研究

为了研究注胶加固技术的有效性,采用数种地震波形,对一栋双跨8层混凝土框架缩尺模型（缩比为1：4）进行了模拟多种烈度地震振动台预震损试验,框架模型损坏后采用注胶加固技术修复框架震损裂缝,然后对框架模型进行相同的模拟多种烈度地震振动台试验。比较混凝土框架模型在注胶加固前后的抗震性能,研究了框架模型的自振特性以及在不同地震烈度下的楼层刚度。试验结果显示,经过注胶加固后的混凝土框架模型具有良好的抗震性能,表明注胶加固技术可以有效地修复震损后的混凝土框架结构。     

框架-核心筒结构整体抗震性能评价指标研究与应用

在已有的动力弹塑性时程分析和模型振动台试验中发现,受损伤程度和损伤部位的影响,结构各阶振型对应的周期变化(刚度退化)不同。为此,基于动力作用下结构刚度退化,提出了框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标——刚度退化系数及其计算方法,并通过已完成的两个实际工程缩尺模型振动台试验进行验证。试验和计算结果吻合较好,所得的刚度退化系数变化规律一致。利用刚度退化系数指标对5个框架-核心筒模型进行抗震性能评价和比较,结果表明：框架-核心筒结构模型的刚度退化系数随着峰值加速度的增加而增大;在设防烈度及超设防烈度的罕遇地震作用下,单重体系模型的刚度退化系数明显高于双重体系模型,且相同峰值加速度下框剪比越大的模型刚度退化系数越低;双重体系的抗震性能优于单重体系,且框剪比越大的模型,其整体延性和抗震韧性更好。刚度退化系数指标概念明确、计算简便,评价结论与倒塌概率、倒塌储备系数等指标一致,可作为框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标。     

Research and application on overall seismic performance evaluation index of frame-core tube structure

在已有的动力弹塑性时程分析和模型振动台试验中发现，受损伤程度和损伤部位的影响，结构各阶振型对应的周期变化(刚度退化)不同。为此，基于动力作用下结构刚度退化，提出了框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标——刚度退化系数及其计算方法，并通过已完成的两个实际工程缩尺模型振动台试验进行验证。试验和计算结果吻合较好，所得的刚度退化系数变化规律一致。利用刚度退化系数指标对5个框架-核心筒模型进行抗震性能评价和比较，结果表明：框架-核心筒结构模型的刚度退化系数随着峰值加速度的增加而增大；在设防烈度及超设防烈度的罕遇地震作用下，单重体系模型的刚度退化系数明显高于双重体系模型，且相同峰值加速度下框剪比越大的模型刚度退化系数越低；双重体系的抗震性能优于单重体系，且框剪比越大的模型，其整体延性和抗震韧性更好。刚度退化系数指标概念明确、计算简便，评价结论与倒塌概率、倒塌储备系数等指标一致，可作为框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标。     

高耸塔台结构地震模拟振动台试验研究及有限元分析

对顶部两层钢框架的高耸筒体塔台结构在地震作用下的动力特性与反应,从模型振动台试验和有限元计算两方面进行了研究。对一个1∶30比例的机场控制塔台模型进行了振动台模拟地震试验,根据试验结果,通过相似关系得到原型结构在地震作用下的动力特性与反应。同时,应用结构有限元分析程序对模型及原型结构进行动力计算,并将两种结果进行比较分析。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验数值研究

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质粘土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质粘土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,模拟考虑非一致波动输入的地铁车站振动台试验模型。对比了有限元试验模型与振动台试验的基频和加速度结果,以及有限元试验模型与实际地铁车站有限元模型的内力和加速度结果。通过三者的相互验证,对非一致波动输入地铁车站振动台试验的方法进行了研究。     

北京机场新塔台结构振动台试验研究

对首都机场新塔台钢筋混凝土筒 -钢框架组合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究 ,分析了高耸塔台结构的地震反应和破坏特征 ,并对这种下部为混凝土筒体 ,上部为钢框架结构的锚固连接及钢框架结构层间位移控制进行了探讨 ,为提出这类钢 -混凝土组合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了试验依据。     

框架-嵌入式墙体结构抗震性能研究

为研究框架-嵌入式墙体结构抗震性能,根据原型结构特性与相似理论,设计并制作了相似比为1:3的钢筋混凝土框架-嵌入式墙体结构试验模型,并进行了地震模拟振动台试验,探究此类结构在不同强度、不同种类地震波作用下的动力特性、加速度反应和位移反应等。结果表明:在地震作用初始阶段,框架结构的变形使得墙板与主体框架连接更为紧密,嵌入式墙体的存在使得整体结构刚度增加,随着框架主体结构的损伤,刚度逐渐减小; 加载结束后,结构一层梁端及柱脚处裂缝较为密集,嵌入式墙板四角及插墙凹槽处混凝土出现不同程度的破坏,框架柱插墙凹槽处混凝土损坏较为严重,但墙柱之间仍保持可靠的连接,结构仍保持较好的整体性; 结构各层弹性、弹塑性层间位移角在规范限值以内,结构具有良好的抗震性能; 振动台试验过程中各块墙板间相对振动反应较为明显,在实际工程设计中应对墙角采取构造措施加固,在墙板顶端增设压梁,并在墙板与框架柱凹槽之间增设缓冲带。     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

振动台试验对高层建筑结构设计的启示

2010年以后，我国高层、超高层建筑进入快速发展阶段，目前仍处于蓬勃上升期，我国已成为世界高层建筑发展的中心。抗震设计是我国高层建筑结构设计中的关键问题，而振动台模型试验是研究高层、超高层结构抗震性能的重要手段。通过科学、合理设计和精细模型加工，采用振动台试验可较准确测定结构的动力特性、动力响应和破坏形态，反映结构不规则性对抗震性能的影响，揭示薄弱部位。为此，以中国建筑科学研究院完成的28个实际工程模型振动台试验为基础，对试验结果和试验数据进行分类对比分析，研究阻尼比、整体刚度退化、连梁刚度折减系数、外框剪力比、加速度放大系数等影响高层建筑结构设计的参数和指标，并对有代表性和共性的结构薄弱部位及加强措施进行汇总，提出高层建筑结构设计相关的一些启示和设计建议。