连续桥梁三维隔震体系地震反应分析

基于刚性地基假定分别建立了隔震及非隔震条件下的三跨连续梁桥三维有限元模型,通过对该两种模型进行动力特性和动力时程反应分析,验证了三维隔震桥梁的水平及竖向隔震效果,研究了支座参数、多向地震作用和桥墩高度等因素对桥梁结构的地震反应及支座隔震效果的影响.结果表明,三维隔震支座对输入地震波的频率具有一定的敏感性;水平隔震效果随支座屈服前后刚度比的增大而增加;随着桥墩高度的增大,水平隔震效果逐渐增加,但增加趋势逐渐平缓;多向地震作用对水平隔震效果的影响很小,而对竖向隔震效果的影响不容忽视.     

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.     

某中学校舍隔震加固计算与分析研究

文章以常州市某中学综合实验楼隔震加固为例,对校舍隔震加固中的隔震分析要点进行了研究。首先,结合反应谱分析研究,选取了满足规范要求的7条地震波;继而开展了7条地震波作用下的结构隔震前后的地震响应分析,以及隔震层的隔震性能计算。计算和分析结果表明,综合实验楼隔震后的地震响应显著下降,隔震层的支座应力和偏心率能够满足规范要求。上述结果表明,该建筑各项指标均能满足规范要求,可以确保加固完成中能够投入正常使用。     

天津永定新河特大桥北引桥隔震效果分析研究

天津永定新河特大桥北引桥位于天津塘沽区,地震基本烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.20g。为了解决其抗震问题,采用了铅芯隔震橡胶支座隔震技术。本研究通过采用有限元软件ANSYS对北引桥进行有限元动力分析,对桥梁在隔震、非隔震两种状态下的地震反应进行了时程分析,对支座的参数进行了优化,通过对分析结果的对比,从理论上验证了铅芯隔震橡胶支座的隔震效果。结果表明,铅芯隔震橡胶支座可以有效地降低天津永定新河特大桥北引桥的地震力,提高桥梁的安全性。     

天津永定新河特大桥南引桥隔震效果理论分析研究

本文针对天津永定新河特大桥南引桥的抗震问题,采用了铅芯隔震橡胶支座隔震技术,依靠隔震支座延长桥梁的自振周期,增加桥梁结构的附加阻尼,从而降低桥梁的地震力,提高桥梁的安全性。在研究中,应用Ansys有限元分析软件对南引桥在隔震、非隔震两种状态下的地震反应进行了时程分析,同时对支座的参数进行了优化,通过对比分析结果,从理论上验证了铅芯隔震橡胶支座的隔震效果。     

基于人工地震波的铅芯橡胶支座等效线性化模型研究

回顾了四种经典的隔震支座等效线性化模型及其适用范围。使用参数识别算法建立了基于设计加速度反应谱合成人工地震波的铅芯橡胶支座等效线性化模型,并用桥梁隔震算例验证该模型的有效性。研究结果表明:该模型对预测合成人工地震波以及天然地震波作用下的铅芯橡胶支座水平位移均有较高的准确性;等效线性化模型不仅与支座的力学参数有关,还受地震波加速度反应谱特征的影响。     

隔震板柱结构LRB参数研究

为提高板柱结构的抗震性能,将隔震技术应用于该结构体系,建立了三维非线性有限元模型。通过不同地震波激励下的地震反应,研究了铅芯橡胶支座动力参数对板柱结构隔震效果的影响规律,提出了其合理的取值范围和选择原则。     

双向水平地震激励下结构隔震控制分析

通过数值模拟研究了地震作用下结构隔震控制研究。根据实际工程,利用国际通用软件SAP2000建立了结构三维有限元模型,对结构隔震前后进行了动力特性的分析,得到了结构的前六阶频率;根据I、II和III类场地,选取了3条典型的地震波;介绍了隔震支座的参数选取和有限元模拟;运用时程分析方法,分别研究了不同地震作用下结构有无隔震的控制反应。     

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。     

单层柱面网壳结构HDR支座隔震性能试验研究

通过对基础隔震的单层柱面网壳缩尺模型进行正弦波扫频和多组实际地震波激励的振动台试验,系统研究了水平地震作用下HDR支座的隔震性能.分别测试了无隔震网壳和基础隔震网壳模型的动力特性、一致激励和行波激励下结构的加速度、位移及杆件应变等动力响应,分析了行波效应对隔震大跨网壳屋盖地震响应的影响.试验结果表明:HDR支座基础隔震有效延长大跨网壳结构的自振周期,大幅度降低隔震层以上结构地震响应,隔震后上部结构的运动趋于同步;行波激励下,结构地震响应沿地震波传播方向相对逐渐增大,地震波传出端附近的隔震支座剪切变形明显增大,按一致激励设计偏于不安全.     

隔震设计在某民用建筑中的应用

本文介绍了利用midas gen对某隔震结构进行结构分析。利用midas gen非线性有限元时程分析方法,通过计算对设置隔震支座前后结构的有关参数进行对比分析,如自振周期、层间剪力、顶点绝对加速度,分析结果表明,采用隔震支座后可以显著降低上部结构的地震作用。     

摩擦承压比对并联复合隔震体系隔震性能的影响研究

为了解摩擦承压比对并联复合隔震体系隔震性能的影响,采用时程分析方法开展不同地震动加速度峰值下不同摩擦承压比的并联复合隔震体系地震响应的数值模拟研究,深入分析并讨论并联复合隔震体系的不同摩擦承压比对基底最大剪力系数、基底最大位移、隔震层滞回特性以及并联复合隔震体系非线性性能的影响。计算和分析结果表明:摩擦承压比是影响并联复合隔震体系隔震性能的关键因素,可根据摩擦承压比的不同,设计出不同参数的并联复合隔震体系,在合理的摩擦承压比取值范围内并联复合隔震体系具有良好的隔震性能。此外,并联复合隔震体系的基底最大剪力系数与摩擦承压比之间存在一个最优关系,并联复合隔震体系的非线性特性与摩擦承压比的大小及地震动加速度峰值大小有关。     

Aseismic smart building isolation systems under multi-level earthquake excitations: Part I,conceptual design and nonlinear analysis

As a novel structural control strategy, tuned mass damper (TMD) inspired passive and semi-active smart building isolation systems are suggested to reduce structural response and thus mitigate structural damage due to earthquake excitations. The isolated structure’s upper stories can be utilized as a large scaled TMD, and the isolation layer, as a core design point, between the separated upper and lower stories entails the insertion of rubber bearings and (i) viscous dampers (passive) or (ii) resettable devices (semi-active). The seismic performance of the suggested isolation systems are investigated for 12-story reinforced concrete moment resisting frames modeled as “10+ 2” stories and “8+ 4” stories. Passive viscous damper or semi-active resettable devices are parametrically evaluated through the optimal design principle of a large mass ratio TMD. Statistical performance metrics are presented for 30 earthquake records from the three suites of the SAC project. Based on nonlinear structural models, including P-delta effects and modified Takeda hysteresis, the inelastic time history analyses are conducted to compute the seismic performances across a wide range of seismic hazard intensities. Results show that semi-active smart building isolation systems can effectively manage seismic response for multi-degree-of freedom (MDOF) systems across a broader range of ground motions in comparison to uncontrolled case and passive solution.     

Lifecycle cost–benefit analysis of isolated buildings

Seismic isolation is effective in reducing seismic demand to buildings and mitigating seismic damage costs. To corroborate this fact quantitatively by taking all possible seismic events that occur during the service period of a building into account, this study investigates probabilistic characteristics of the peak ductility demand of inelastic superstructures with linear/bilinear base isolators subject to hundreds of strong ground motion records, and then assesses the cost-effectiveness of seismic isolation technology from the lifecycle cost–benefit perspective. Based on results from nonlinear dynamic analyses of two-degree-of-freedom systems with the Bouc–Wen hysteretic model, a prediction model for the peak ductility demand of isolated structures is developed and used in lifecycle cost analysis to assess the cost-effectiveness of seismic isolation systems. The analysis results show that seismic isolation reduces vibration in superstructures significantly and can be cost-effective in mitigating seismic risk.     

浮放石质文物减隔震保护研究

某些处于高烈度区的石质文物浮放于地面,面临安全隐患,本文基于减隔震理论对提高石质文物抗震性能进行了研究。首先采用规范公式确定了某佛像的隔震系数和支座刚度范围,进而采用时程分析程序对初选的减隔震支座进行了数值仿真验证,研究了高宽比为5.6的石佛像采用支座减隔震的可行性问题,获得以下基本结论:处于高烈度区浮放于地面的具有较大高宽比的石佛像文物的抗震性能存有隐患;科学合理的减隔震支座能对佛像等结构物取得显著的减震效果。文中石佛像减隔震设计及验证分析思路对类似工程有借鉴意义。     

考虑结构局部反应特征的时程分析法输入地震波研究

时程分析法在实用中多采用"3 1"的小样本容量地震波输入方式,该选波方案一般依据基底剪力、顶点位移等结构整体反应指标而取得。为提高时程分析法对构件局部地震变形需求的控制能力,以按我国规范设计的典型钢筋混凝土框架为算例,在OpenSees分析平台上,分别进行了30条地震波的大样本和以"3 1"选波方案为例的小样本地震波在罕遇烈度下的非线性时程反应分析。在对地震反应进行统计回归分析后,将小样本分析所得各反应量的均值、均值加1倍标准差等统计特征值与大样本统计结果进行比较,着重考察框架的塑性铰分布、构件转角延性等局部反应。研究结果表明,"3 1"分析方法所得的框架整体变形能较好地与大样本分析结果相符,但多数构件端部转角延性的"3 1"分析均值偏小,建议增加小样本分析的地震波数量。     

极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。     

巨型框架-次框桁架结构体系隔震减震性能研究

通过在巨型框架-次框桁架结构中增加隔震装置,得到巨型框架-次框桁架结构隔震减震体系。采用ANSYS有限元程序对该隔震减震体系进行了隔震减震动力时程计算,得到该结构体系在多条地震波作用下的地震响应。计算结果表明,巨型框架-次框桁架结构隔震减震体系是一种抗震性能良好的结构体系,可改善巨型结构的受力,具有优良的抗震性能:主、次框架顶点位移相对于巨型框架-次框桁架结构的顶点位移明显减小,主框架位移最大减少约47%,次框架最大减少约64%;主框架地震内力最大值响应低于巨型框架-次框桁架结构,剪力减少约33%,弯矩减少约34%。计算结果对巨型结构的抗震设计有较大的参考价值。     

改进的简化能力谱法在铁路桥梁中的应用

依据现行的《铁路工程抗震设计规范》,合理地选取大量强震记录作为地震动输入,采用单自由度弹塑性动力分析程序,对不同固有周期的弹塑性单自由度体系进行非线性动力时程响应分析,得到与我国现行《铁路工程抗震设计规范》相容的具有统计意义的弹塑性需求谱和强度折减系数谱,进而对简化能力谱法作了改进,并应用于某客运专线双柱式桥墩的抗震性能评估中,再将所求得的结构性能点转化为结构的非线性地震响应,并与80条强震记录非线性时程分析计算结果的平均值进行比较,从中可以看出:改进的简化能力谱法可以用较少的计算工作量得到比较精确的结构非线性地震响应。这也验证了将改进的简化能力谱法应用于我国铁路桥梁工程抗震性能评估的可行性。