弹塑性MDOF系统地震输入能量研究

基于地震作用下弹塑性SDOF(Single Degree of Freedom)和弹性MDOF(Multi-degree of Freedom)系统能量输入研究,本文分析了弹塑性MDOF系统能量输入规律。以实测地震记录为输入,采用弹塑性时程分析方法,计算了一阶初始周期≤3s的5、10、20、30层双线性滞回剪切层模型,不同阻尼比、承载力降低系数情况下4800个结构和一阶初始周期>3s的40层结构能量输入,与弹塑性SDOF系统的输入能量谱进行对比。研究表明:一阶周期在3s以内的弹塑性MDOF系统输入能量EI可用相同阻尼比、初始周期、承载力降低系数的弹塑性SDOF系统计算结果近似确定;一阶周期大于3s的弹塑性MDOF系统,可采用MPA方法等效为多个弹塑性SDOF系统,按照振型叠加法计算总输入能。     

弹性SDOF系统的地震输入能量谱

本文以4种场地土条件下40条强震记录为输入,对弹性单自由度(SDOF)系统的地震输入能量谱进行了研究。首先研究了SDOF系统参数和地面运动参数对弹性地震输入能量谱的影响。结果表明,在中长周期范围,弹性SDOF系统的阻尼比和地面运动强度对能量谱峰值有较大影响;在长周期范围,随弹性SDOF系统阻尼比的增大,能量谱值也有所增大。随后,采用归一化能量谱方法,并根据能量谱曲线的特征,建议了简化三段式地震输入能量谱。在此基础上,根据4种场地土条件下40条强震记录能量谱计算结果的统计分析,建议了能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。     

地震总输入能量谱的拟速度谱估计

以阻尼比的变化对线性单自由度体系的总输入能不产生影响这一结论为基础,获得了线性单自由度体系地震动输入能拟速度谱估计的方法,研究表明,单自由度体系在某地震波作用下的总输入能等价速度谱可由阻尼比为0.5%的拟速度谱来近似获得。     

弹性单自由度体系能量反应谱研究

根据反应谱计算理论得到了线性单自由度体系在地震作用下的输入能量谱、阻尼耗能谱、滞回耗能谱以及动能谱计算公式,通过数值计算得到了4种不同类别场地土条件下160条强震记录的输入能量谱,研究了输入能量谱的特点。研究结果表明,能量谱曲线可以分为3段,即短周期的上升段、中等周期的平台段和长周期的下降段。场地类别对能量谱平台段有一定的影响。最后,提出了描述输入能量谱的谱形状的3段式曲线方程,回归得到了输入能量谱的简化计算公式,验证了简化计算公式的合理性。     

地震动输入能量谱的研究

现有的抗震设计理论,大多是基于承载力或强度的设计方法,与其相应的反应谱理论最大的缺陷是无法反映地震动持时的影响,而以地震动能量作为设计参数时,就能弥补现有抗震理论的不足。本文按照反应谱理论的思路建立了线性单自由度体系的地震动输入能量谱。研究发现,输入能量谱对体系的阻尼比不敏感,地震波峰值速度与峰值加速度比值(V/A)和强震持时(Δt)对谱形的影响较大,体系的输入能量与地震波的峰值平方成正比,根据分析结果,本文提出了线性单自由度体系输入能量谱的简化计算方法,方法较为简便,计算结果偏安全。     

武汉火车站多点输入地震反应时程分析

武汉火车站支撑结构东西向长度为258m(屋盖长度约300m),南北向长度为476m,南北向超长。对武汉站采用时程分析法,进行了考虑行波效应的多点输入地震反应分析。对多点输入与单点输入情况下的基底总剪力、扭转效应以及重要构件内力均进行了比较,讨论了不同视波速度对分析结果的影响。针对不同类型构件,给出了考虑多点输入影响的地震作用效应调整系数,并对这些构件进行了在多点输入地震组合工况下的截面验算,计算结果表明全部构件均满足规范要求,不必要因多点输入而采取特殊的构造措施。     

基于总输入能量谱与瞬时输入能量谱的设计谱修正

地震动中的长周期成分对长周期结构的影响不容忽视,现行的设计反应谱为了保证长周期结构抗震设计具备保守性,人为增大了特定频段和特定场地条件的谱值。针对目前设计谱的不足,依据线性单自由度体系的地震动总输入能量谱和瞬时输入能量谱,对规范反应谱5Tg～6s直线下降段提出调整方法。从具有速度 脉冲特征的长周期地震记录中选出能量谱值最大的地震记录加以说明,得到修正后的加速度谱与相应的拟速度谱和位移谱。建议的反应谱修正方法综合体现了总输入能量与瞬时输入能量的特征,对于工程结构设计具有重要的理论意义和实用价值。     

多点输入计算方法的工程应用

采用多点输入时程分析法和多点输入反应谱法,计算了视波速为100、200、300、400、500M/S五种工况下AMECO维修机库的地震反应,计算结果证实了多点输入反应谱理论的正确性,对多点输入下结构地震内力的分布规律进行了分析。     

单层工业厂房弹性及弹塑性地震反应计算

结合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的要求,以一榀单跨单层工业厂房为例,采用振型分解反应谱法和时程分析法,对该榀平面排架进行了多遇地震下的弹性地震反应计算,再用时程分析法对该结构进行了罕遏地震下的弹塑性地震反应计算,并按规范要求进行了结构薄弱层（部位）的弹塑性变形验算。     

单自由度体系非线性地震能量反应的计算

随着结构抗震理论的深入研究,目前对结构地震破坏比较一致的看法：基于最大位移反应首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则比较符合震害和试验实际.采用能量耗散来描述结构的塑性累积损伤,其形式简单、计算方便,又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响.建立了单自由度体系在地震作用下的能量反应公式,通过对结构地震反应能量的计算,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,分析了地震总输入能受各种因素影响的变化规律及地震总输入能在滞回耗能和阻尼耗能之间分配受各因素影响的变化规律.     

南京五台山体育馆消能减振加固设计与研究

本文简要介绍了南京五台山体育馆采用消能减振技术进行的抗震加固设计与研究。通过对原结构在地震作用下的受力与变形计算,针对其抗震性能的不足之处提出设置消能支撑进行加固的方案,并对加固后结构进行多遇与罕遇地震作用下的强度和变形计算。计算表明,消能支撑可有效降低结构地震反应,满足抗震要求。     

弹性SDOF体系地震动输入能量的影响因素分析

按美国抗震设计规范ATC 3-06的分类标准将4种场地类别上的420条地震波记录分为12组,进行了大量的单自由度(SDOF)体系的弹性时程分析;重点研究了场地类别、地震设计分组及阻尼比对地震动输入能量的影响;通过回归分析建立了考虑不同阻尼比影响的地震峰值等效速度与地震特征周期的相关公式.结果表明:随着阻尼比的增大,地震动输入能量呈降低趋势;地震设计分组及场地类别对地震动输入能量有显著影响.     

汉江特大桥地震反应分析

利用Ansys建立考虑桩-土相互作用的老河口汉江特大刚构桥模型,进行模态分析,得到该桥的动力特性.然后采用标准反应谱作为输入谱曲线,对该桥分别进行纵向、横向和竖向的地震反应分析,并且对该桥进行地震动态时程分析,分析其抗震性能.计算结果表明,本桥能够满足抗震要求.     

设计用地震动总输入能量谱研究

地震动总输入能量的确定是基于能量的设计方法首先要解决的关键问题。本文以单自由度弹性系统为研究对象,分析了地震动三要素和结构自身参数对输入能量谱因素的影响。结果表明,地震动幅值、频谱特性和强震持时都对能量谱值有较大影响,其中频谱特性还影响能量谱峰值出现的结构周期段;结构阻尼比的增大能有效降低能量谱峰值。通过输入160条国内外历次地震中不同场地上的地震动记录,总结能量谱曲线形状规律,提出了设计用三段式简化能量谱曲线。给出了地震动记录所属场地类型的划分标准,建议了确定能量谱峰值的不同场地条件地震动频谱特性V/A和强震持时tD的取值,采用标准化方法提出了4类场地条件的设计用能量谱曲线峰值及其它参数的计算式,给出了结构设计总输入能量计算过程。算例分析结果表明,该输入能量谱形式简单、计算方便,结果安全可靠。     

基于等效线性化方法弹塑性SDOF系统能量谱的研究

选择了被认为精度较高或者有关规范中建议的8种等效线性化方法,以4种场地土条件下40条强震记录为输入,通过时程分析方法对各种等效线性化方法计算弹塑性SDOF系统能量谱的精度进行了分析。分析结果表明,现有等效线性化方法的等效周期和等效阻尼比之间存在较大差异,且用于预测弹塑性SDOF系统的能量谱时存在较大误差。根据能量谱分析结果的统计计算,建议了一种新的适用于弹塑性SDOF系统能量谱计算的等效线性化方法。     

荆岳长江大桥结构体系减震效能分析

荆岳长江大桥主桥为主跨816m双塔不对称混合梁斜拉桥,滩桥为主跨154m的七跨连续预应力混凝土梁桥;大桥抗震设防标准为8级;主要对抗震设防标准、性能目标和输入地震动参数、减震耗能装置进行研究;建立动力分析模型,采用反应谱和线性和非线性时程分析方法分析了主桥不同约束状态下的地震响应,以及大桥结构体系的减震效能,验证减震结构体系的合理性。     

无桥台伸缩缝多联桥跨结构地震碰撞响应研究

针对地震作用下多联长桥结构中伸缩缝处的碰撞破坏,提出一种取消桥台伸缩缝保留两联间桥墩伸缩缝的新型多联桥跨结构。用Kelvin接触单元模拟桥台伸缩缝和桥墩两联间伸缩缝在地震作用下的碰撞效应,构建包括墩柱、主梁、支座和伸缩缝在内的全桥空间动力分析模型。依托某市立交体系中一座独立多联长曲线匝道桥梁工程,建立4个计算模型;分别输入2组地震波的单维和多维8种地震动工况;利用非线性时程分析法,研究各计算模型在多种地震输入工况下桥台伸缩缝和桥墩两联间伸缩缝的碰撞响应差异。结果表明:无桥台伸缩缝多联桥跨结构可以有效消除或减小地震荷载作用下桥跨结构中伸缩缝处的碰撞破坏,是一种十分有利的抗震结构形式。     

北京饭店等重要建筑的消能减振抗震加固设计方法

在北京饭店、北京站、中国革命历史博物馆、北京展览馆等重要建筑的抗震加固改造工程中,利用了消能减振新技术。本文根据建筑结构抗震规范规定的振型分解反应谱法和时程分析法,对采用消能减振装置加固的北京饭店西楼进行分析与设计。首先,利用复杂高层建筑结构计算程序对原结构在多遇地震作用下的变形和配筋,以及罕遇地震作用下的变形进行验算;针对原结构不满足抗震要求,提出采用消能减振装置对原结构进行抗震加固的方案,并对支撑数量和形式进行合理设计;随后,介绍了 JARRET消能器的工作原理,并通过消能器的性能试验,确定了消能器的恢复力模型参数,为消能减振结构分析提供基础;最后,对加固后的结构进行了多遇地震作用下的强度和变形验算及罕遇地震作用下的变形验算,并且还对消能支撑本身的承载力和刚度进行了验算,结果表明采用消能减振装置加固后,结构满足抗震要求。