超高层建筑结构竖向地震响应的谱单元分析

为研究脉冲型强震中的竖向分量对超高层建筑结构动力响应的影响,针对常见的框架——核心筒体系,应用谱单元分析其简化的主结构体系模型在脉冲型强震竖向分量作用下的波动效应,并与基于振动力学的动力时程分析结果进行比较．为反映结构体系中巨型水平联系构件中剪切变形的影响,推导了考虑剪切变形的Timoshenko梁谱单元,竖向构件的轴向反应则用谱单元中的杆单元来模拟,在分析中通过对波动方程的修正来反映地震波传播的时延性．算例分析结果表明:在脉冲型强震竖向分量作用下,竖向构件的轴力波动较为明显,内部核心筒与外部巨型柱的相对错动效应显著,横向构件剪切问题不容忽视,此类损伤与后继水平地震分量作用的非线性耦合效应更须注意．     

超高层建筑顶部游泳池的风振控制研究

为了减小超高层建筑在风荷载下的响应,采用由屋顶游泳池作为TLD来控制结构的风振响应,用简化方式求出游泳池的控制力,进而求得结构在风荷载作用下的耦联运动方程,并对某超高层建筑进行数值计算。分析表明,在顶层设置游泳池能有效控制超高层建筑的风振响应。     

高层建筑巨型结构体系的竖向地震作用

为满足现代高层建筑的多功能和多用途需要,巨型结构体系在国内外高层层和超高层建筑中已 逐渐得到应用。本文建立了巨型框架结构体系在竖向地震作用下的分析模型及相应的分析方法,其中包括反应谱分析及时程分析,通过具体算例和分析表明竖向地震对此类结构的作用是十分显著的,在巨型结构体系的分析和设计中,竖向地震力是不可忽视,本文进一步地指出：在分析此类结构的地震作用时,“层模型”是不适用的。     

竖向地震若干问题研究

地震是一种严重的自然灾害.目前的工程抗震研究中,水平地震的研究已经形成了比较完善的理论体系和计算方法.然而大量研究和震害表明竖向地震对结构的影响不容忽视.详细总结并分析近几十年来各种类型结构在竖向地震作用下的震害和原因,阐述竖向地震作用的计算方法、结构竖向动力特性和竖向与水平向加速度峰值比(V/H)的关系.简要介绍竖向减震隔震技术的应用与发展.研究结果表明,竖向地震的计算方法亟待完善,<建筑抗震设计规范>(GB50011-2001)对竖向加速度反应谱的取值过于简化,应用竖向隔震减震装置可以显著降低结构在竖向地震下的反应.     

脉冲型地震下竖向不规则重力柱-核心筒结构的弹塑性地震响应

研究了速度脉冲型地震作用和结构竖向不规则双重不利条件对结构弹塑性地震反应的影响。设计了20层和30层的新型重力柱-核心筒典型结构,通过改变底层刚度得到一系列竖向不规则结构。分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录,采用CANNY软件对竖向不规则重力柱-核心筒结构进行弹塑性动力时程分析,研究速度脉冲效应和竖向不规则对结构弹塑性地震响应的影响规律。结果表明,速度脉冲地震下结构层间剪力、层间位移和倾覆力矩均明显高于非速度脉冲地震下的对应值;竖向不规则对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角随着竖向不规则比率的减小而增大,层间剪力和倾覆力矩则呈略微减小的变化趋势。建议在新型重力柱-核心筒结构设计中应考虑速度脉冲地震和结构竖向不规则的耦合影响。     

山区特殊地质条件下地基-箱基-上部结构地震响应分析

以蓟县某山地建筑为工程背景,利用ABAQUS建立了岩质边坡地基-箱基-上部结构整体三维实体模型,并且建立了无限元边界,通过输入不同方向地震波研究了岩质边坡地基-箱基-上部结构的位移响应．结果表明,对于山地框架结构,竖向地震单独作用下对水平位移的影响较大,而水平和竖向地震耦合作用时竖向地震对水平位移影响较小,基本上与水平地震单独作用下的响应相同;对于台阶形箱基,水平和竖向地震耦合作用时各层最大层间位移与单向水平地震作用下的各层层间位移相比,变化趋势刚好相反,说明竖向地震波的存在对箱基层间位移的影响不可忽视．     

千岛湖南浦大桥地震响应研究

以千岛湖南浦大桥为例,研究了钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力响应.应用有限元软件MIDAS/Civil建立了有限元模型,采用动态时程分析方法,计算了纵向、横向和竖向地震作用下结构的位移和内力,并考虑了改变地震波输入角度对结构的影响.计算分析表明：该桥梁体系偏柔,需要加强横向刚度,不能忽略竖向地震作用对结构的影响,且需考虑地震波的最不利输入方向,其分析结果可供此类桥的设计与施工参考.     

结构多维地震激励振动特性研究

将空间框架简化为平面框架,采用平面梁模型,建立结构自由振动的微分方程,采用静力凝聚法消去主副自由度之间的耦合关系,得到平面框架结构体系考虑水平和竖向耦合自由振动的振型和频率。运用时程分析法对结构进行了动力响应计算,得到了与仅考虑水平或竖向地震输入结构不同的地震响应。     

结构多维地震激励振动特性研究

将空间框架简化为平面框架，采用平面梁模型，建立结构自由振动的微分方程，采用静力凝聚法消去主副自由度之间的耦合关系，得到平面框架结构体系考虑水平和竖向耦合自由振动的振型和频率。运用时程分析法对结构进行了动力响应计算，得到了与仅考虑水平或竖向地震输入结构不同的地震响应.     

超高层建筑在风重耦合作用下响应分析

风重耦合效应是指高耸结构在风荷载作用下水平变形会受到重力的影响．为了有效分析超高层结构的风重耦合效应,文中建立了结构计算模型,推导了结构在风荷载和重力荷载共同作用下的动力方程,对结构自振周期、风振系数以及结构响应值的风重耦合效应影响系数进行计算与分析．参数分析表明:考虑风重耦合作用后结构自振周期变长,风振系数减小,同时超高层结构的重刚比、弯剪刚度比和竖向外形锥度的增长会加大风重耦合效应．建议对重刚比较大、体型复杂的超高层建筑进行风重耦合计算．     

可液化场地下不同因素对地下结构动力响应的影响

目前,我国在地下结构抗震分析与液化破坏研究中尚存在诸多问题,需要深入研究地下结构的动力响应分析的影响因素:对不同结构截面形式、水平-竖向波共同作用、不同地震波输入.在地震作用下处于可液化场地的拱形结构和矩形结构的受力形式和最不利受力位置;模型分别在竖向波以及横向波单独和共同作用下,孔压比幅值也不相同;不同地震波对结构的受力形式影响不大,却对结构加速度影响十分巨大.这些问题的研究分析对可液化场地下结构在地震作用下的动力响应规律与液化破坏形式具有重要的工程应用价值和意义.     

连续板桥竖向隔震的弹性时程分析

为了提高桥梁结构在竖向地震作用下的抗震能力,提出竖向隔震的思想,首先分析了桥梁竖向隔震的减震原理,提出一种新型的三维隔震装置并确定了其几何结构和力学性能参数其次,利用有限元软件AN-SYS建立了一座三跨连续板桥三维模型,分析了在El-centro波竖向分量9度小震作用下装置的竖向隔震效果,并研究了竖向粘滞阻尼器的阻尼系数对竖向隔震效果的影响规律结果表明,提出的三向隔震装置可以有效地减小结构的竖向地震动力响应,竖向隔震效果随粘滞阻尼系数的增大而增加,但阻尼系数存在一个较优值.     

单层厂房横向地震反应的行进波效应(II)——无山墙厂房

推导出无山墙单层厂房在行进波作用下横向地震反应的拟静态反应及动态反应的计算公式 ,并分析了柱刚度、屋盖刚度及地震波在场地中的传播速度对厂房地震反应的影响     

地震波传播方向对风力机动力响应的影响

为了研究风力机遭遇地震时地震波传播方向对动力学响应和机组性能的影响,基于Wolf土-构耦合模型和多体系统动力学理论建立了5 MW风力机的动力学分析模型.通过编制程序实现了风力机地震波、气动载荷与结构弹性变形相互耦合响应的数值仿真.结果表明,正向地震主要影响叶片挥舞方向振动变形和塔基的俯仰力矩,而侧向地震主要影响叶片摆振方向振动变形和塔基的横摇力矩,地震作用下叶根力矩最大值增幅可达66. 67%,塔基力矩最大值增幅可达98. 23%.     

立式储罐储液晃动波面振动分析

针对真实地震作用下立式储罐的波面振动是否有高阶阵型的参与这一问题,通过有限元软件ADINA对一万方立式储罐作在地震作用下的晃动响应分析,并得出以下结论:立式储罐的晃动波高与输入地震动峰值加速度成线性关系,两激励波高与响应峰值加速度的比值相同;不同储液比对晃动波高和一阶晃动周期的影响较小;不同地震动作用下的晃动波高径向极值点位置不同,极值点越靠近罐心处,晃动参与振型越丰富,振型叠加越明显,并表明储液在地震作用下的晃动是由多阶振型叠加的结果。     

圆柱储液容器提离控制研究

5针对储液容器地震响应及提离效应问题,考虑基础与土壤的相互作用,进行了减小地震响应、降低提离的控制研究,建立了控制体系的力学分析模型,并给出了运动分析方程。对实际应用的系列浮顶罐进行了El Centro波数值仿真计算;结果表明控制体系基频与阻尼比不同,其减少地震响应和控制提离的效果是不同的。通过分析,控制体系的最佳基频 在0．5－3rad/s,最佳阻尼比为0．1－0．4,基底剪力降低82％－90％,基底力矩降低85％－92％,波高减低6％－26％,基度转角降低84％－94％。     

底部框剪封底砌块组合墙房屋抗震性能分析

目的评价底部框剪封底砌块组合墙房屋的抗震性能以及在七、八度区的应用可能性．方法采用分离化处理各抗侧单元的简化串并联动力分析模型，应用基于规范的振型分解反应谱法和以地震动记录作为输入的弹塑性动力时程分析方法，在统计的基础上分析结构的抗震性能．同时，按抗震可靠度理论对房屋的失效概率和可靠指标进行分析．结果结构在大震作用下无明显的薄弱楼层和变形集中问题，底层框剪和底两层框剪结构具有相近的抗震性能和可靠度，两类结构均具备良好的抗震性能和合适的抗震可靠指标．结论在七度区建造7层和八度区建造6层该类房屋是可行的．     

钢框架结构地震响应分析研究

以二阶弹性分析方法理论为基础,建立了非线性二阶微分方程,按照输入不同地震波维数和阻尼比两种情况分析了钢框架结构的地震响应.利用MIDAS软件对结构进行多遇地震作用下的弹性时程分析和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,表明地震波输入维数(单向地震波和双向地震波)、阻尼比对结构的抗震性能有较大影响,并根据分析结果提出了相应的建议.     

底层大开间框剪封底砌块组合墙房屋抗震性能分析

目的应用振型分解反应谱法及弹塑性动力时程分析方法评价底层大开间框剪封底砌块组合墙房屋的抗震性能以及在地震区的应用可能性.方法以试设计的七度区6层房屋为例,采用分离化处理各抗侧单元的简化串并联动力分析模型,应用基于规范的振型分解反应谱法和以地震动记录作为输入的弹塑性动力时程分析方法进行结构的抗震计算,分析结构的薄弱楼层和变形集中问题,在概率统计的基础上分析结构的抗震性能,失效概率和可靠指标.结果过渡楼层为相对薄弱的楼层,强震下未见明显薄弱的楼层和变形集中问题,房屋结构具备良好的抗震性能和合适的抗震可靠指标.结论在七度区建造该类6层房屋是可行的.     

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明,所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。