地震作用下框架结构的弹塑性反应分析

根据弹塑性有限元理论,运用基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,建立框架结构空间三维杆系模型和平面杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下对框架结构进行弹塑性反应分析,获得各层层间位移角和顶层水平位移时程曲线,并对两组结果进行比较.通过对模型的计算,得到框架结构在地震作用下出现塑性铰的先后顺序以及结构的薄弱环节.     

框架结构的三维地震弹塑性分析

利用弹塑性有限元理论和基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,引入变刚度梁单元和弹簧模型柱单元,建立框架结构空间三维杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下的框架结构进行了弹塑性反应时程分析,得到了结构的自振周期、各层层间位移角和顶层水平位移曲线,并对两组结果进行比较。通过对框架结构的计算,得到框架结构在地震作用下结构的薄弱环节。     

近场脉冲型地震下层间隔震减震分析与层间混合隔震控制

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形而导致其上部结构倾覆失稳,这些不利影响需深入探讨。本文对比分析在有、无速度脉冲型地震激励下层间隔震结构的弹性和弹塑性反应,探讨速度脉冲对隔震层变形、隔震结构塑性铰分布所产生的影响,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成层间混合隔震方案,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:在有速度脉冲型近场地震作用下,隔震层下部结构的峰值层间剪力与峰值层间位移角比原抗震结构有不同程度的增大,隔震层最大变形比无速度脉冲型地震下的最大变形有显著增加,远超越了隔震支座容许变形值。层间混合隔震能有效控制隔震层上部结构、下部结构的非线性地震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倒塌。     

少剪力墙框架结构在多遇地震下的抗震性能计算分析

纯框架结构的整体侧向刚度较小,在强烈地震作用下侧向变形大,易造成结构整体倒塌破坏。从增加结构整体冗余度的角度出发,考虑添加少量钢筋混凝土剪力墙来提高框架结构的整体抗倒塌能力。并对添加少量剪力墙的各种布置方式及数量进行分析比较,得出可行的平面布置形式及其对框架结构变形形态的影响。分析增设少量剪力墙在多遇地震作用下对框架结构弹性层间位移角的改善情况,在此基础上,进一步得出承担不同倾覆力矩比例的墙体与弹性层间位移角的对应关系。     

钢筋混凝土异形柱框架结构层间位移角限值研究

对钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能的研究尚未形成一致的结论。通过对现有研究成果的比较可以发现,这类结构的变形能力介于钢筋混凝土矩形柱结构和剪力墙结构之间,其弹性层间位移角限值应以控制填充墙的墙面裂缝贯通为判断标准,弹塑性层间位移角的取值应当既有一定的保证率,又要符合工程实际,建议取1/75比较合适。     

近场脉冲型地震作用下黏滞阻尼器对双柱#br# 摇摆桥墩减震作用研究

为研究黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的减震作用,基于摇摆刚体假定和拉格朗日方程,对采用黏滞阻尼器的双柱摇摆桥墩进行实例分析、参数分析和抗倒塌能力分析。研究结果表明：黏滞阻尼器可减小双柱摇摆桥墩的地震位移反应,且作为速度型阻尼器,其在近场脉冲型地震作用下的减震效果比远场地震更为显著;在近场脉冲型地震作用下,随着黏滞阻尼器的无量纲阻尼常数(λ)的增大和阻尼指数(n_v)的减小,桥墩位移反应随之变小,当阻尼器失效位移大于120mm时桥墩峰值位移反应无显著变化;黏滞阻尼器的减震作用可有效提高双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的抗倒塌能力,λ越大和n_v越小,桥墩的抗倒塌能力越强。     

地震作用下相邻建筑结构碰撞反应分析

地震作用下,相邻建筑结构由于不同动力特性的差异,并且没有足够的间距,容易遭受碰撞破坏。相邻结构间的碰撞作用是导致结构破坏甚至倒塌的重要原因之一。将相邻结构简化为多自由度楼层处碰撞模型,采用简化的Hertz-Damp模型,以相邻15层与8层钢筋混凝土框架结构为例,研究结构在地震作用下的碰撞反应,分析两相邻结构间不设置防震缝及按规范设置防震缝时,在不同加速度峰值情况下,碰撞作用对结构层间位移角和层间剪力的影响。研究表明,碰撞作用显著放大较高结构碰撞层及以上楼层的层间位移角和剪力,对较低结构具有总体抑制作用,但对顶层可能会产生不利影响;按规范设置防震缝时,7度设防结构在遭受7度罕遇地震时无碰撞发生,但遭遇8度和9度罕遇地震时发生碰撞,碰撞作用对结构反映的抑制作用比结构间无防震缝时明显降低。     

钢框架结构抗震性能分析

结合陕西省某一工业用途的钢框架结构,采用结构分析软件SAP2000,建立了实际钢框架结构的三维有限元模型。在不同地震作用下,原钢框架结构的结构位移不能满足规范中对于多遇地震的要求。因此,在原结构的水平方向增加中心支撑,并按不同地震作用下的结构响应进行分析。分析结果表明:在原结构水平方向上增加中心支撑后,结构位移和层间位移角均在规范的限制要求内,从而保证了结构的正常使用性能和安全性能。     

两层钢框架结构地震振动试验研究

为了研究钢框架在地震作用下的结构反应,该文设计制作了一个两层钢框架结构模型,进行3条地震波的振动台试验,研究钢框架结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性等力学性能.通过试验发现,钢框架在地震波作用下,整体性能保持良好;在加载的地震波加速度达到1.0g时,节点焊接处会出现明显裂缝;钢框架层间位移、层间位移角和应变随着地震波加载加速度的增加而增大;底层的层间位移角都大于顶层,表明底层受地震影响更大;钢框架各构件的拉应力和压应力呈近似对称关系.     

两层钢框架结构地震振动试验研究

为了研究钢框架在地震作用下的结构反应,该文设计制作了一个两层钢框架结构模型,进行3条地震波的振动台试验,研究钢框架结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性等力学性能.通过试验发现,钢框架在地震波作用下,整体性能保持良好;在加载的地震波加速度达到1.0g时,节点焊接处会出现明显裂缝;钢框架层间位移、层间位移角和应变随着地震波加载加速度的增加而增大;底层的层间位移角都大于顶层,表明底层受地震影响更大;钢框架各构件的拉应力和压应力呈近似对称关系.     

近断层脉冲型地震动对基础隔震结构水平向减震系数的影响分析

水平向减震系数是基础隔震设计的重要参数之一。为研究近断层脉冲型地震动对水平向减震系数的影响,以单自由度体系为研究对象,基于反应谱法,给出单自由度体系的水平向减震系数计算公式,考虑近断层影响,分析不同方法中水平向减震系数的差异;以多自由度体系为研究对象,选取36条近断层脉冲型地震动,同时剔除其中的主脉冲成分,得到36条非脉冲型地震动,将这72条地震动作用于多层基础隔震结构,基于时程分析法,对比了在脉冲和非脉冲型地震动作用下的水平向减震系数变化规律,并分析脉冲周期、场地类别和断层距对水平向减震系数的影响。研究结果表明：现行方法虽有一定的合理性,但是难以准确考虑近断层脉冲型地震动对水平向减震系数的影响。随着地震动强度的增大,水平向减震系数呈先减小后增大的趋势,相同地震动强度下,近断层脉冲型地震动作用下结构的水平向减震系数更大,变化幅度更大。近断层脉冲型地震动对水平向减震系数有放大作用,水平向减震系数的放大系数随着近断层地震动脉冲周期的增大,呈整体增大的趋势。当断层距较小时,水平向减震系数的放大效应更为显著,而与场地类别无明显关系。在近断层基础隔震结构设计中,水平向减震系数的放大系数建议取1....     

强震作用下竖向不规则RC框架结构抗震易损性分析

研究速度脉冲强震作用下竖向不规则钢筋混凝土框架结构的抗震易损性。以5层和10层底层竖向不规则框架结构为分析对象,考虑地震动输入的不确定性,通过非线性动力时程分析获得结构底层最大层间位移响应,并通过曲线拟合建立最大层间位移与基本自振周期对应的谱加速度函数关系;假定最大层间位移和极限性能目标位移取对数正态分布的平均值,建立能有效评估结构竖向不规则极限控制参数的易损性曲线。分析结果表明：速度脉冲强震作用下,楼层承载力和刚度突变对结构层间位移有较大影响,底层竖向不规则程度越大最大层间位移亦随之增大,而中间层最大层间位移则减小;地震动强度越大,最大层间位移离散性越大;楼层承载力和刚度突变对抗震易损性曲线的影响较大,楼层数不同结构易损性曲线趋势不同。     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

Predictive model for seismic sliding displacement of slopes subjected to pulse-like motions

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - This paper employs pulse-like ground motions (PLGMs) and presents a predictive model to estimate the earthquake-triggered displacement of...     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

强震作用下高层结构地震响应时程的多步预测

提出了一种结合经验模态分解(EMD)与极限学习机(ELM)的时间序列多步预测方法,对近断层强震作用下弹塑性高层框架结构的顶层加速度和位移响应时程进行了多步预测。首先,利用经验模态分解技术将高层结构非线性、非平稳地震响应分解为一系列具有不同特征尺度的固有模态函数序列(IMFs)。然后,利用极限学习机分别对固有模态函数子序列进行多步预测,再将各子序列的预测值叠加得到最终的预测值。预测结果表明,EMD-ELM预测方法能够高精度地实现强震作用下高层建筑动力响应的多步预测。建筑结构地震响应时程的短期预测可为主动、半主动控制系统预先提供准确的动力响应,从而有利于实现工程结构的在线实时减震控制。     

One-dimensional wave equation analyses for pile responses subjected to seismic horizontal ground motions

This paper presents a numerical one-dimensional wave equation analysis technique for piles and pile groups subjected to seismic horizontal ground motions in liquefiable zones. The so-called Earthquake Wave Equation Analysis for Piles (EQWEAP) procedure is introduced for piles subjected to horizontal earthquake excitations. Disregarding the effects of kinematic soil–pile interaction, the seismic responses of piles can be obtained by approximating the free-field ground response analysis, the ultimate earth pressure model, and the ground displacement profiles. The nonlinearities of the concrete piles were modeled using the approximate tri-linear moment–curvature relationships. A case study and application concerns were presented. Although the analysis is in one dimension, it is found to be effective and able to provide a rapid estimation in foundation design when seismic pile behaviors are of interest. The advantages of this analysis are the time efficiency of the seismic design of pile foundations and the relative simplicity of the analysis. In addition, it suggests alternative modeling for the dynamic analysis adopting the commonly known static models and/or methods.     

近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。     

Earthquake performance assessment of concrete gravity dams subjected to spatially varying seismic ground motions

This paper investigates the earthquake performance of concrete gravity dams under spatially variable seismic excitations. A nonlinear finite element model is developed and validated using shake table experimental results. The model is then subjected to spatially varying earthquake ground motions incorporating the wave passage effect, with values for apparent propagation velocities consistent with the source-site geometry and the shear wave velocity in the foundation rock. The evaluation reveals that different response patterns occur when spatially non-uniform and uniform seismic ground motions are applied as input excitations to the model, because spatially non-uniform excitations induce the quasi-static response, whereas uniform excitations do not, and, in addition, the dynamic response caused by different input motions varies. Notably, spatially non-uniform excitations produce larger opening at the heel of the dam and severer slipping at its toe; this latter observation can have a significant effect on the global equilibrium and stability of the dam during an earthquake.