隔震结构的地震反应谱计算及应用研究

在基础隔震系统实用简化模型基础上,建立了相应的结构地震反应时程分析方法,并进行了地震波下上部结构加速度反应谱及基础位移反应谱计算.对隔震结构地震反应的特性及隔震参数的选取作了分析研究.本文所提供的计算方法是解析方法,精确可靠,适用性强,对建立隔震结构实用设计方法,推广该体系的应用范围具有一定意义.     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

基础隔震结构反应谱研究

为简化基础隔震结构的设计计算,推广隔震结构的应用,研究了铅芯橡胶支座基础隔震结构设计反应谱与位移反应谱。利用ETABS软件建立单层基础隔震结构计算模型,输入45条地震动记录,进行基础隔震结构的动力时程反应分析,在时程分析和现有规范设计反应谱基础上,提出铅芯橡胶支座基础隔震结构的设计反应谱和位移反应谱计算公式,并用多质点隔震结构的动力时程分析结果验证了新建反应谱的可靠性。结果表明,与规范设计反应谱相比,新建反应谱曲线与多层基础隔震结构地震反应的时程分析结果较一致。     

基础滑移隔震体系的地震反应谱

本文在分析建筑物基础滑移隔震体系动力学特性的基础上 ,研究了滑移隔震结构反应谱的一般特征。对大量地震反应谱进行了统计 ,探讨了滑移隔震结构反应谱的统计特征。并通过工程算例 ,验证了滑移隔震结构采用反应谱分析的可行性与可靠性。     

基础隔震建筑反应谱分析

文中对基础隔震的多层建筑的运动方程和简谐振动激励下的结构的反应进行了分析,研究了用适用反应谱理论的方法计算基础隔震的多层建筑结构地震反应,讨论了适用的条件,并通过一隔震建筑的地震反应分析进行了验证。     

建筑隔震结构地震响应计算的层间剪力校准系数法

隔震结构由于其优越的抵御地震能力而在实际建筑工程中得到了广泛的应用。针对建筑隔震结构,我国GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》所推荐的水平向减震系数法,通过引入水平向减震系数修正未采取隔震措施结构的反应谱法结果,间接获得采取隔震措施后结构的地震响应。该法具有较强的操作性,但其合理性一直受到工程界的关注。针对隔震结构的局部非线性行为,建立隔震结构地震响应的时域显式表达式,利用其降维列式优势实现隔震装置局部非线性自由度的高效降维迭代计算。结合随机模拟方法,统计获得非线性隔震结构在地震作用下的层间剪力。在此基础上,针对等效线性隔震结构反应谱法得到的层间剪力进行校准,获得各楼层层间剪力校准系数,然后采用该系数调整反应谱法计算得到的等效线性隔震结构各楼层的构件内力。采用所提出的层间剪力校准系数法和规范推荐的水平向减震系数法,对两个基础隔震结构进行地震作用效应分析,结果表明所提出方法能有效提高隔震结构地震响应的计算精度。     

近断层脉冲地震作用下基础隔震体系动力响应

针对近断层地震作用下基础隔震体系地震响应,分析了近断层(近震)地震波的反应谱,以及远震地震波的反应谱,并进行了比较分析近断层地震和远震的能量谱,研究了近震及远震能量谱的特点,以及从隔震机理上分析了近震对隔震结构的影响。以某基础隔震结构为算例,采用相同地震的相同近断层(近震)地震波及远场地震波作为地震激励,分析了其对基础隔震结构地震响应的影响,进而探讨了基础隔震结构在近震下动力响应的特点。结果表明,近断层脉冲型地震动对基础隔震结构的地震反应有较大的影响,可能造成上部结构发生破坏,在近断层地震区进行基础隔震结构设计时,地震动的长周期脉冲效应不能忽略,应予以关注。     

隔震结构振型分解反应谱计算方法研究

隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计,由于使用统一的减震系数,部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法,将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同,隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时,计算隔震结构的振型阻尼比,是计算地震作用的关键。采用能量法,推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式,并对其进行简化。结合GB 50011-2010《建筑结构抗震规范》反应谱,给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明,按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。     

多层框架隔震结构的地震扭转反应分析

本文分析了多层框架基础隔震结构单轴偏心的地震扭转反应 ,建立了地震作用下多层框架隔震结构扭转反应的运动方程 ,在隔震和非隔震情况下 ,计算了结构模型不同偏心的地震反应。结果表明 ,对存在扭转变形的结构来说 ,采用基础隔震可明显减少结构的扭转反应     

考虑竖向地震作用新型三维隔震结构时程分析

竖向地震作用会引起额外的水平力并增大结构的P-Δ效应。本文将竖向地震作用引入到水平运动微分方程中,采用MATLAB求解非线性微分方程,研究了竖向地震作用对水平地震反应谱的影响,并在此基础上考虑竖向位移对新型三维隔震墩水平刚度的影响,进行了新型三维隔震结构非线性时程分析。研究结果表明:考虑竖向地震作用引起的P-Δ效应后,结构自振周期随时间变化,加速度反应谱值减小而位移反应谱值增大;结构高度越小、结构周期越长,竖向地震作用对反应谱的影响越大;考虑竖向地震作用及竖向位移对弹簧水平刚度的影响后,新型三维隔震结构加速度反应减小、位移反应增大,新型三维隔震结构减震系数可以控制在0.5以下。     

多层框架橡胶垫减震结构的动力分析

对多层框架橡胶垫减震结构在弹塑性范围内进行了地震反应的动力分析,介绍了其动力特性,并计算了结构在地震波作用下各层的位移、加速度和剪力等地震反应。从与抗震结构的动力反应比较可见,基础减震作用的效果是非常显著的。还分析了不同场地对建筑物减震效果的影响。这些都为结构设计提供了参考依据。     

基础隔震体系的阻尼分析和优化

本文作者给出了抗震结构基础隔震体系设计的一种新的实用简化模型,用这个模型,可获得基础和上部结构响应与各类参数之间的关系。这些参数包括上部结构固有频率,隔震垫的刚度和阻尼,及地震卓越周期等等,进而获得了全频域内的最佳阻尼表达式,算例说明,本文方法可靠、精确、实用、简易、能够用于基础隔震体系的工程设计中。     

带限位装置的摩擦隔震结构动力特性及地震反应分析

提出了一种新型基础隔震模型,即带限位装置的摩擦隔震体系 (S- LF);基于此隔震模型,利用 Poincare映射法研究地面谐运动下 S- LF结构的运动特征;并利用高精度的精细时程积分法,通过对地震作用下 S- LF动力响应的计算,绘制了上部结构最大加速度反应谱和基底最大滑移量反应谱,并研究了各种结构参数对隔震的影响;通过与恢复力摩擦隔震系统 (R- FBI)和纯摩擦力滑移隔震系统 (P- F)的比较表明, S- LF的隔震性能优于 P- F和 R- FBI;最后通过对计算实例的分析发现,地震作用下 S- LF结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别。     

剪切型结构地震响应的多刚体离散分析方法

本文将多刚体系统动力学理论应用于剪切型结构的地震响应分析中，建立了剪切型结构的多刚体离散模型，导出了求解剪切型结构地震响应的动力学方程，指出这一方程具有与传统变形体有限元方法相类似的形式，可用一般的数值方法（本文采用Ｗｉｌｓｏｎ－θ法）求解。据此，本文编制了剪切型结构地震响应的分析程序，以实际震害中倒塌的两栋钢筋砼框架结构房屋为例进行了非线性时程分析，计算结果与震害一致。初步的研究表明，多刚体离散分析方法在建筑结构地震响应的分析中具有良好的应用前景。     

基础隔震结构在地震作用下动力响应小波分析

在多自由度基础隔震动力学响应计算模型的基础上 ,采用小波变换将地震输入能量在各个频段进行分解 ,对隔震系统在各个频段的地震作用下的动力反应进行了动力学分析。并采用文中的方法对一实际工程进行了分析 ,结果表明 :基础隔震体系可以有效地降低上部结构的地震反应 ;低频分量的地震作用对结构的作用较大 ,而高频分量的作用衰减较快 ,可以不予考虑。     

地基-结构动力相互作用对基础隔震效果的影响

以多层基础隔震框架为研究对象,利用有限元分析方法,研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响。对考虑和不考虑SSI效应时隔震体系的动力特性和地震响应的差异进行对比,并对地基-结构相互作用效应各组成因素对隔震后地震响应的影响规律进行分析。分析结果表明,地基-结构相互作用效应对基础隔震结构存在影响,在工程设计中,隔震结构不应忽略地基-结构相互作用效应的影响。     

圆弧滑道辊轴摩擦摆隔震系统的研究

提出了建筑物滚动摩擦隔震理论.根据动能定理与多体动力学理论,导出了圆弧滑道摩擦隔震系统的强非线性多自由度运动方程,并根据龙格-库塔方法给出了数值求解过程.计算了一个实例工程在地震作用下的动力反应特性.分析,辊轴摩擦隔震系统的隔震性能.辊轴式摩擦摆的结构较FPS滑道式摩擦摆有了改善.它消除了FPS型摩擦摆中滑道摩擦力的冲击作用,也不必在滑道系统中设置运动转向装置.而且在竖向也可能会有较好的隔震效果.     

地铁隧道的动力反应分析

以天津地铁1号、2号线为实例,利用有限元数值方法,对地震荷载作用下隧道结构的二维弹塑性动力响应进行模拟,通过地震作用对隧道所产生的应力值、位移值等得出地铁隧道受地震力作用时的危险点,为今后的隧道设计提供依据。     

隔震结构的弹塑性反应分析

以某7层隔震框架结构为例,以El-centro波和Taft波为激励,采用动态时程分析对该框架结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性反应分析,结果表明采用基础隔震后,能够保证结构在罕遇地震作用下上部结构基本上处于弹性。