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。     

土-结构相互作用效应对长周期地震动下层间隔震结构减震性能的影响

考虑土-结构相互作用(SSI效应)的层间隔震结构减震机理及振动特性有别于底部刚接于地基的层间隔震结构。长周期震动具有的丰富低频成分、大的速度与加速度脉冲、明显谐波成份等特性,对考虑土-结构相互作用的层间隔震结构具有更为不利的影响。为此,基于集总参数S-R(Sway-Rocking)模型建立一幢大底盘层间隔震框架结构,考虑不同场地类别下的影响,分析多类型长周期地震动作用下土-结构相互作用隔震体系的动力响应规律。结果表明:SSI效应使层间隔震体系的刚度弱化,结构周期延长,致使长周期地震动下Ⅲ、Ⅳ类场地上的层间隔震结构弹塑性层间位移角增大,且随着土质的变软,层间位移角增大越明显,而SSI效应对峰值层间剪力影响不大。此外,远场长周期类谐和地震动作用下的楼层峰值加速度与隔震支座变形值也均有所放大,长周期地震动下考虑SSI效应隔震结构体系的减震效果变差。     

远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构振动台试验研究

软土地基条件下土-结构相互作用(SSI)效应会对隔震结构的减震效果及动力特性产生影响。远场长周期地震动使隔震建筑这类长周期结构地震响应强烈,考虑SSI效应后地震响应可能更大。开展软土地基上层间隔震结构模型振动台试验研究,对比分析远场长周期和普通地震动下隔震层和隔震结构的楼层加速度和位移响应,研究远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构动力响应规律及减震效果。结果表明：软土地基具有明显的滤波效应,抑制高频分量,放大中低频分量;普通地震动下层间隔震结构的减震效果较显著,随着输入加速度峰值增大,减震效果降低,而远场长周期地震动下的层间隔震结构的减震效果比普通地震动下的差;基础及隔震层的转动效应明显,隔震层对基础转动有一定放大效应,远场长周期地震动下的隔震结构的放大效应较普通地震动下的明显,并对隔震层位移反应的影响较大。     

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。     

不同类型地震动作用下双柱墩梁桥的隔震控制

远场类谐和地震动更易引起桥梁破坏,为此,以某双柱墩梁桥为结构,分别建立抗震模型与隔震模型,分析其在远场类谐和地震动与普通地震动下的动力响应,揭示隔震后主梁、墩柱和支座的地震响应变化。此外,分析SSI效应时隔震梁桥的主梁位移、桥墩弯矩和剪力以及墩顶位移变化规律。结果表明;远场类谐和地震动下隔震可减少主梁纵桥向位移防止主梁与桥台碰撞,当类谐和地震动峰值加速度较大时,隔震梁桥桥墩横桥向地震响应较抗震结构会有所增大,带来不利影响;考虑桩-土作用的梁桥墩-系梁连接点纵向弯矩随着桩-土刚度减小而增大,墩-系梁连接点容易发生纵向弯曲破坏。     

长周期地震动下软土地基的偏心基础隔震结构振动台试验研究

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈,且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大,而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应,极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响,对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后,周期延长比低于刚性地基结构体系,使减震效果下降;SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应,但在隔震层会出现较大扭转角;与普通地震动相比,远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大,隔震层位移可能超限,总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全,应考虑SSI效应后进行结构设计,且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明:1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数?谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且?谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的?谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的?谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的?谱谱值明显大于近场地震动作用的?谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。     

Shaking table test of eccentric base-isolated structure on soft soil foundation under long-period ground motion

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈，且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大，而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应，极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响，对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后，周期延长比低于刚性地基结构体系，使减震效果下降；SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应，但在隔震层会出现较大扭转角；与普通地震动相比，远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大，隔震层位移可能超限，总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全，应考虑SSI效应后进行结构设计，且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥减震性能分析

为研究强震作用下摩擦摆支座隔震连续梁桥的减震效果,以某(60+90+60)m预应力混凝土连续梁桥为工程背景,采用SAP2000建立全桥空间有限元模型,对摩擦摆曲率半径进行优化,并与球钢支座模型的地震响应比较,显著改善了墩底内力;相对延性抗震体系,摩擦摆支座虽能有效降低墩底内力需求,但支座位移较大,应考虑强震下梁体与挡块可能的碰撞效应;碰撞发生时的接触刚度和间隙均对摩擦摆支座减震性能有一定影响,墩底内力响应随初始间隙的增加而减小,随接触刚度的提升而增加,因此需根据地震水准和性能目标合理设置防震挡块。     

考虑碰撞效应的土-单层隔震结构的损伤性能分析

建立考虑碰撞效应的土-单层隔震结构分析模型,采用利用离散弹簧模拟土-结构相互作用并采用Kelvin模型模拟了隔震层的碰撞受力行为特征,分别考虑上部结构及隔震层的非线性特性,采用Park-Ang损伤模型定义了上部结构的损伤指数,采用近远场地震波作为输入对土-隔震系统进行了弹塑性时程反应分析。研究结果表明:无论是否发生碰撞,SSI效应对隔震结构损伤有一定影响;当发生碰撞时,SSI效应的影响较为显著,且结构损伤值对近断层地震波较敏感。研究结果可为隔震结构计算分析提供参考。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

剪切波速对砂土层地震反应的影响

地震动峰值加速度的差异与剪切波速的差异近似呈线性关系。当剪切波速减小时 ,能使地震动分数持时增加的占多数 ;当剪切波速增加时 ,能使地震动分数持时增加或减小的几率差不多。剪切波速减小 ,对地震反应谱长周期部分影响较大 ;剪切波速增大 ,对地震反应谱中、短周期部分影响较大     

基于Abaqus场地盆地效应的参数化数值研究

根据以往学者的研究成果,本文采用粘弹性人工边界模拟土体的边界条件,建立了考虑土体剪切波速、盆地倾角,场地覆土层厚度不同参数影响的盆地二维有限元模型,分别分析了土体在弹性与塑性本构关系下相关参数对场地盆地效应的影响规律,得到以下结论:盆地与自由场相比波峰出现比较密集,且消退较慢,延长了地震动的持时;场地内的土体越软,覆土层越厚,盆地效应越明显;盆地边缘效应随盆地倾角的增大而增大,而聚焦效应随盆地倾角的增大而减小;当考虑土体的非线性本构时,由于土体进入塑性,入射正弦波能量由于土的塑性变形已经耗散,盆地较自由场的放大更加明显,盆地效应更加突出。     

土-结构相互作用对隔震体系的影响

为研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响,以多层带地下室的基础隔震平面框架为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件建立二维有限元模型,采用黏弹性人工边界来模拟无限域介质对计算区域的影响,利用等效荷载波动输入方法来实现地震波作用下人工边界上的波动输入,通过对不同场地类别下结构的动力特性进行分析,研究了考虑SSI时结构的地震响应。结果表明,考虑SSI效应会减小结构的自振频率,增大结构的动力响应,场地土较软时尤其显著;考虑SSI效应能减小隔震层相对于基底的位移量;软弱地基会降低隔震效果。     

考虑SSI效应的四跨连续梁桥地震响应振动台阵试验研究

为了揭示土-结构相互作用(SSI效应)下大跨度连续梁桥地震响应的规律,选取El-Centro波、CHI-CHI波和人工地震波,对一座1:10比例的四跨高架连续梁桥模型进行考虑SSI效应的振动台阵试验研究。研究结果表明:SSI效应增大了墩顶水平相对位移、墩底应变、墩顶和主梁水平加速度,并引起支座顺桥向相对位移的剧烈变化;桥梁结构地震响应的增幅随着剪切波速的减小而增大,且不同地震波作用下,动力响应的增幅不同,说明剪切波速和地震波频谱分布是影响SSI效应的重要因素;在顺桥向和横桥向两个方向上,桥梁结构的构件对SSI效应的敏感程度不同;实时耦联动力子结构试验技术适用于考虑SSI效应的桥梁结构振动台试验研究。     

高层建筑隔震分析中作用效应组合方式探讨

通过理论公式推导,对不同隔震支座拉压刚度比下,采用线性组合法(LCM)和非线性组合法(NLCM)对隔震层受拉程度的影响进行了研究,并结合某高层建筑隔震实例,分析了采用线性组合法计算上部结构效应的误差。研究结果表明:相对于非线性组合法,由线性组合法计算得出的隔震层受拉区长度偏小,且偏差程度随着隔震支座拉压刚度比的减小而增大,即偏于不安全;当采用线性组合法时,部分楼层减震系数、隔震支座最大位移、最大拉应力、最大剪力以及部分隔震支座最大压力和压应力均偏小,即线性组合法计算结果偏于不安全;高层隔震计算中应考虑支座拉压刚度不等性,即应按实际荷载工况顺序依次加载(NLCM),且要考虑上部结构的重力二阶效应。     

土-结构相互作用对滚珠隔震支座隔震效果的影响

以ANSYS软件为上部空间结构计算平台,建立包含土、隔震层、基础、空间结构在内的整体三维模型,并通过与框架结构和框架隔震结构的水平地震效应做对比,分析了土-结构相互作用对滚珠隔震支座隔震效果的影响.结果表明：在水平地震作用下土-结构相互作用在一定程度上减弱了滚珠隔震支座的隔震效果,因此在隔震结构设计中考虑土-结构相互作用的影响是十分必要的.     

近断层地震动对基础隔震结构地震反应的影响

采用Open Sees对基础隔震结构进行了不同类型地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对结构地震反应的影响,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影响,甚至可能造成支座由于水平变形较大而导致其破坏,使基础隔震结构的隔震效果有所降低;在罕遇地震作用下,结构的地震响应随近断层地震动的PGV/PGA和PGD/PGA的增大而明显增大,其中PGV/PGA和PGD/PGA对支座位移的影响最大。因而,在近断层区域进行基础隔震结构设计时,应重点考虑地震动的脉冲效应对结构地震反应的影响。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

土-结构相互作用下消能减震结构损伤分析

基于系统化的集总参数模型表征土体动力特性,上部结构每层恢复力模型采用Takeda滞回模型,研究了地震动输入强度和土体剪切波速对消能减震结构损伤指数的影响。研究结果表明：无论是否考虑土-结构相互作用,随着结构阻尼比的增加,消能减震结构的损伤指数都得到了有效降低;考虑土-结构相互作用后,在峰值加速度为0.1g地震动作用下,非减震结构随着土体剪切波速的下降结构损伤指数基本不变,而对于消能减震结构,随着土体剪切波速的下降结构损伤指数会上升;当地震动峰值加速度增加到0.3g时,非减震结构与减震结构随着土体剪切波速的下降,结构损伤指数随之增大。