基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

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。     

面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法(即分离式方法),这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了LRB基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比(即铅芯屈服剪力与LRB基础隔震结构总重力的比值)使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的LRB基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的LRB基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。     

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究.考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响.研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响.     

基于地震动频谱特性的基础隔震结构倒塌可靠度分析

为研究地震动频谱特性对基础隔震结构连续倒塌的影响,首先定义地震动平均频率(f~*)的计算公式,建立基础隔震结构进行弹塑性时程分析,通过分析地震动平均频率与结构自振频率对隔震层位移振幅的影响,验证了公式的合理性;其次根据上部结构和隔震层的整体损伤模型计算结构损伤指数,并采用二次四阶矩法进行倒塌可靠度分析。分析结果表明:当地震动平均频率接近基础隔震结构自振频率时发生类共振,类共振区域结构响应明显被放大,其损伤指数也相应的增大,隔震层损伤指数总体大于上部结构损伤指数,用地震动平均频率能够较好地描述地震动频谱特性;类共振区域基础隔震结构倒塌概率为81.2%,地震动平均频率与基础隔震结构自振频率接近是造成结构倒塌的一个重要因素。     

软土地基上高层隔震结构模型振动台试验研究

通过对高层隔震结构模型在刚性地基和软土地基条件下进行对比振动台试验,研究软土地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界影响,采用粉质黏土作为模型土,考虑基底压力的相似,采用高宽比为4的5层钢框架作为上部隔震结构模型,设计了软土地基上高层隔震结构、非隔震结构以及刚性地基上隔震、非隔震结构的振动台试验模型。试验结果表明：土-结构相互作用（SSI）效应对隔震结构的影响程度较非隔震结构轻;SSI效应显著降低了隔震结构模型的自振频率、增加了体系的阻尼;软土地基上隔震结构能够有效减轻结构的地震反应,但是相对于非隔震结构的加速度反应比值增大,隔震效果降低;SSI效应可能增加也可能减小隔震结构的地震反应,不仅与地震动类型有关还与输入地震动强度相关;软土地基上高层隔震结构基础输入地震动与自由场地震动在反应谱水平上基本一致,采用自由场地震动确定基础输入地震动是可行的,且偏于安全,而非隔震结构基础输入地震动则与地基更深层的地震动接近。     

黏滞阻尼对隔震结构减震效果的影响规律

为分析隔震层阻尼对隔震结构减震效果的影响规律,以简谐激励下的结构响应为理论基础,通过绘制单自由度结构在ATC-63推荐的地震波作用下的标准加速度反应谱和傅里叶谱,深入分析阻尼变化的情况下减震效果的影响因素。在对单自由度结构分析的基础上,利用有限元软件设计了采用黏滞阻尼隔震支座的多自由度结构,考察在隔震结构在不同的地震波作用下隔震层阻尼比变化对减震效果的影响。研究表明,阻尼对多自由度隔震结构的影响规律与单自由度是一致的,都与隔震周期和地震波的频谱特性有关;地震波傅里叶谱中出现峰值处近似于一个简谐激励,由于共振效应,对于隔震周期在激励周期附近的结构,增大阻尼比会减小加速度响应,当隔震周期大于激励周期的2~(1/2)倍以上时,由于放大效应,增加隔震层的阻尼将会导致其绝对加速度响应的增大,没有减震效果。     

某多层“自定义”钢结构住宅隔震设计

结合某多层"自定义"钢结构住宅工程,采用基础隔震体系及非隔震体系,对结构抗震性能进行综合对比分析。分别以El centro波、天津波(南北向)、合成人工波为地震动输入求解结构的动力响应;对结构延性需求进行分析,用两个自由度的Bouc-Wen滞回模型进行非线性动力分析,对其生命周期成本进行简要分析。结果表明:渐于成熟的隔震技术同样适用于钢结构体系。该钢结构住宅考虑隔震设计后,在满足承载力要求的前提下,隔震层有效控制了上部结构振动,结构地震响应有效降低,层间加速度反应大大减小,建筑物的安全性能得到保证,满足了住宅结构对舒适性的更高要求。     

基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法

为更加合理地进行基础隔震结构的抗震设计,以使用铅芯橡胶隔震支座(LRB)的基础隔震结构作为研究对象,提出了基础隔震结构直接基于位移设计(DDBD)的一体化抗震设计方法.对于给定地震水准下预先设定的性能目标(即LRB隔震系统最大水平变形和上部结构最大层间位移角),通过所提出的一体化抗震设计方法可以确定LRB隔震系统的力学...     

基于ANSYS的LRB性能模拟验证分析

铅芯橡胶支座(LRB)是一种有效的隔震装置,它通过延长结构的周期、增加结构的阻尼来减小结构的地震反应.在结构隔震分析中,LRB扮演了一个很重要的角色,对其模拟程度的正确与否对整个结构的分析结果将产生很大影响.本文采用大型通用有限元程序ANSYS,对一个单自由度隔震体系进行了LRB性能模拟验证分析,分析表明:在合理确定输入地震动PGA临界点的前提下,采用ANSYS中的Combin40单元来模拟LRB的滞回性能,能获得较为满意的效果;同时通过与SAP2K时程分析比较,也验证了ANSYS分析结构隔震的可靠性.     

基于近断层脉冲地震动的RC框架隔震结构等效线性化分析方法研究

当前国内学者多用单自由度的等效线性化方法,即对隔震层的等效线性来模拟计算多层隔震建筑的受力和变形,不能准确全面反映隔震上部结构的实际情况.考虑到近断层地震动中包含动态长周期脉冲型地震动会对隔震结构这类长周期结构可能会产生较大的破坏,为此,本文研究基于反应谱法计算的多自由度结构等效线性化分析不同方法的计算精度,首先根据现...     

近场脉冲型强震下基础隔震结构的非线性反应与限位分析

近场地震动是具有长周期、短持时、高能量的速度脉冲运动,其对基础隔震的减震性能产生不利影响。建立一幢10层钢筋混凝土框架基础隔震的有限元模型,分析其在近场脉冲型强震与常规强震作用下的非线性反应,探讨速度脉冲对层间弹塑性位移、层间剪力、隔震层变形及隔震结构塑性铰分布的影响。提出在隔震层增设黏滞阻尼器,形成混合隔震方案,分析其对隔震层的限位保护效果及其对隔震结构非线性反应的减震效果。结果表明:基础隔震在速度脉冲近场强震作用下的非线性反应较常规强震显著增大;隔震层最大变形显著增加,远超过了隔震支座容许变形值。考虑近场影响系数不能有效反映长周期速度脉冲对隔震结构的不利影响。混合隔震能有效控制隔震层上部结构的非线性反应与隔震层最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳。     

考虑土-结构相互作用的结构延性折减系数分析

结构延性折减系数是抗震设计中把弹性抗震强度需求折减到弹塑性设计水准的关键参数.本文通过单自由度体系的非线性时程分析,定性研究了土-结构相互作用对抗震延性折减系数的影响.分析结果表明,土-结构的相互作用对结构抗震延性折减系数有很大的影响,无量纲频率系数和结构高宽比越大影响越显著,考虑土-结构相互作用的结构体系比假定基础固接的结构体系的延性需求大.     

隔震结构子结构实振型分解反应谱方法

隔震结构的阻尼分布具有典型的非比例阻尼特性，因此经典实振型叠加反应谱法已不再适用，而现有隔震结构振型叠加反应谱法存在着计算精度低或计算复杂等缺点。为提高计算精度和效率，提出基于实振型分解的隔震结构子结构反应谱方法。采用隔震结构剪切型模型，给出结构矩阵的解析表达式，考虑人工地震动和天然地震动工况，对比分析非线性时程分析方法的计算结果，验证子结构反应谱法在隔震结构地震响应分析中的有效性。研究结果表明，隔震结构子结构实振型反应谱方法可提高隔震结构地震分析结果的计算精度，与非线性时程分析结果相比，上部结构层间位移最大相对偏差为13.64%,实振型分析计算简单，更便于工程设计人员应用。采用强迫解耦反应谱法会严重低估上部结构响应，与非线性时程分析结果相比，上部结构层间位移最大相对偏差可超过70%。     

近场地震动对基础隔震结构的影响

选用宽频远场地震Kanai-Tajimi模型与He-Agrawal近场脉冲地震速度脉冲模型,对现有的典型近场地震记录进行非线性数值拟合,调整其脉冲分量与宽频分量的比值,得到不同脉冲分量的地震波;文中以一幢8层基础隔震结构为研究对象,分析了合成近场地震波下基础隔震结构的水平及转动动力响应,结果表明含有脉冲分量的近场地震动比远场地震动破坏力更大;基础隔震体系能有效地减小上部结构在近场地震动中的响应。     

高层隔震结构非平稳随机地震响应与动力可靠度分析

考虑地震动的非平稳特性,运用虚拟激励法对高层隔震结构在非平稳激励下的随机地震响应进行研究。采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型分别模拟隔震层与上部楼层的滞变特性,建立高层隔震结构的非线性化运动方程。运用精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到高层隔震结构在非平稳地震激励下各楼层响应的时变方差。基于首次穿越准则,研究非平稳随机地震激励下各楼层与结构整体的可靠度。运用上述理论,分析某高层基础隔震结构在8度与9度罕遇地震作用下的随机地震响应,隔震后上部结构各楼层层间位移方差较非隔震结构大幅减小。研究表明：结构的位移响应呈现强烈的非平稳性,且具有明显的时滞现象;高层隔震结构在强震作用下各楼层可靠度较非隔震结构有很大的提高,说明高层隔震结构具有足够的安全性。运用可靠度理论进行分析亦能发现结构的薄弱部位,该方法对结构的性能设计与性态控制具有指导意义。     

某历史建筑组合隔震性能评估

以某历史建筑的隔震保护为背景,对三种隔震布置方案进行对比分析。分别从上部结构和隔震层两部分进行性能评估,并结合能量分析,作进一步耗能特性判断。结果表明,组合隔震体系能起到很好的减震效果,而在其工程应用中,有必要同时考虑结构的地震反应和耗能特性,根据实际工程确定性能评估指标,以此作为隔震布置优化标准。对于本工程,考虑历史建筑对上部建筑结构的保护要求,以弹性滑板支座叠加黏滞阻尼器的组合隔震方式最佳。     

基础隔震钢桁架结构的地震响应分析

采用铅芯橡胶支座建立了钢桁架结构基础隔震的有限元动力分析模型,计算了有隔震和无隔震钢桁架结构的自振周期,对地震激励下有隔震和无隔震钢桁架结构进行了地震响应的时程分析,并进一步进行了地震响应的能量分析.分析结果表明:采用基础隔震技术后,钢桁架结构通过延长自身的自振周期避开了地震的卓越周期,同时依靠隔震支座的变形耗能,有效地减少了输入到结构中的地震能量,这就降低了上部结构的地震响应,使大部分构件处于弹性工作阶段,从而达到保护主体结构的目的.     

考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应研究

层间隔震结构是从基础隔震结构发展而来的一种新型隔震体系,近年来成为防灾减灾领域的研究热点之一.本文采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-基础-上部结构的共同作用(SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析.研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不...     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。