非比例阻尼隔震结构地震响应的实振型分解法

采用子结构瑞利阻尼模型表达隔震体系的非比例阻尼矩阵,将实振型分解法与拉普拉斯变换方法联合应用,建立了任意多自由度非比例阻尼隔震体系时域动力响应的工程算法。以本文作者承担设计的三个实际隔震工程作为算例,在两种不同输入地震波和三种不同隔震层阻尼水准下,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、Wilson-θ法、及Matlab下的Simulink这三种方法的峰值响应进行了对比。结果表明,在设计阻尼水准(隔震层阻尼比为0.21)下,本文算法与Wilson-θ算法的精度大致相当,所求得的位移、速度及加速度峰值的最大相对误差分别不超过0.07%、0.19%和0.27%。即使在极大阻尼水准(隔震阻尼比为0.81)下,本文算法所求得的所有峰值响应的最大相对误差均不超过4%。这表明,当隔震阻尼比不是特别大时,本文提出的算法完全可以满足工程计算要求。     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

强震下隔震连续梁桥地震响应的温度效应研究

基于某三跨隔震连续梁桥,分析了环境温度、隔震支座初始位移及铅芯热效应对其地震响应的影响。首先,分析了隔震支座产生初始位移的机理。在此基础上,选取36条近断层地震动记录,分别采用考虑与不考虑铅芯热效应的隔震支座模型,对该隔震连续梁桥进行了不同环境温度条件下的非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明：低温环境条件下,环境温度、初始位移、铅芯热共同作用效应会使得隔震连续梁桥结构地震峰值位移明显减小,支座、墩底峰值剪力显著增大,环境温度对隔震梁桥地震峰值响应起主导作用;当环境温度超过常温（20℃）时,由于环境温度引起隔震支座力学性能显著退化,环境温度、隔震支座初始位移、铅芯热效应的共同作用使得结构地震峰值位移显著增大,此时初始位移与铅芯热对隔震支座峰值位移、剪力、墩底剪力影响更为显著。由于部分近场地震动作用下的结构峰值位移显著增大,使得其峰值剪力呈现出增大趋势。     

高层隔震结构实空间解耦及地震作用取值分析

对高层隔震结构响应实空间解耦及地震作用取值进行了系统研究。首先运用复模态法和拉氏变换,建立非对称非经典结构响应的实空间精确解耦法,将高层隔震结构位移响应方差在实空间上精确分解为系列标准振子位移与速度响应方差的线性组合,获得结构相关组合系数的精确解;然后利用系列标准振子最大响应与反应谱的对应关系,给出了基于最大位移响应的地震作用新定义,建立了高层隔震结构基于反应谱的最大位移响应及其等效静态地震作用取值的完备解析解法,并给出了算例,验证了所提出方法的正确性,该方法适用于一般非对称非经典结构响应的实空间精确解耦及其基于反应谱的地震作用取值分析。     

考虑土-储罐-液体相互作用的隔震储罐简化力学模型及地震响应研究

为了寻求一种既能减震又能降低成本的储罐结构,提出一种隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置恢复力模型,得出了复合滚动隔震装置的恢复力模型。基于三质点模型和场地土模型,提出了考虑土-储罐-液体相互作用（STLI）的隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并研究了考虑STLI效应和不考虑STLI效应时抗震储罐和隔震储罐在不同场地的地震响应。结果表明：隔震储罐能够有效地降低其基底剪力及倾覆弯矩,但对晃动波高的控制有限,建议在高烈度区,满足晃动波高的前提下,隔震储罐在设计时可以降低烈度。考虑STLI效应后,抗震储罐的基底剪力和倾覆弯矩明显降低,且从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地差异率逐渐增大,软土场地降低最为显著。隔震储罐地震响应受STLI效应的影响较小,可以有效地隔断上部结构与场地土之间的耦联,弱化STLI效应对上部结构的影响。     

复阻尼模型结构地震时程响应研究

阻尼是结构动力分析的重要参数,对动力响应计算的结果有明显影响。目前,结构动力响应分析中的阻尼模型大都采用的是传统的Rayleigh阻尼模型,这种模型是为计算解耦而构造出的,其物理意义不是很明确。该文根据复阻尼系统理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的三维有限元程序。以三维钢框架结构为研究对象,计算了两种阻尼模型的结构地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子,并讨论了不同加速度峰值和时间积分步长对复阻尼结构响应和损耗因子的影响。研究表明:在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,两种阻尼模型的响应相差50%―100%,后者的结构动力响应远大于前者,损耗因子随应力或位移的增大而增大;复阻尼模型结构动力响应和损耗因子的稳定性和精度,与时间积分步长密切相关,不合适的时间积分步长将导致结果发散。     

采用拉索模数伸缩缝的斜交桥减隔震参数优化

为解决减隔震参数优化过程中参数个数增加后计算量剧增和单一构件响应量作为优化目标优化效果不理想的问题,借助响应面方法提高最优解搜索效率,提出了以桥梁结构在E2水平设防地震下的震后维修费用为优化目标的减隔震参数优化方法。首先对基于构件的桥梁结构震后直接经济损失计算方法和结合中心复合设计的响应面方法进行了介绍;然后以一座设置拉索模数伸缩缝和板式橡胶支座的斜交连续梁桥为例,构建基于OpenSees数值平台的非线性有限元模型,选取与规范反应谱相匹配的原场地震动时程作为输入,对板式橡胶支座的刚度、拉索模数伸缩缝的自由程和拉索刚度进行了优化设计,验证所提方法的正确性和可靠性;最后建立了不同斜交角下分别采用拉索模数伸缩缝和普通模数伸缩缝的斜交桥模型,对比分析了拉索模数伸缩缝的减震效果。结果表明：所提的斜交桥减隔震参数优化方法具有较好的计算效率和准确性;斜交桥震后维修花费受支座刚度的影响最大,拉索自由程次之,受拉索刚度的影响最小;拉索模数伸缩缝的设置可以平衡支座损伤和桥台损伤,使桥梁的震后维修费用显著减少;设置普通模数伸缩缝的斜交桥,其震后维修费用随斜交角的增大而增加,而设置拉索模数伸缩缝的斜交桥,其震...     

三维地震下层间隔震高层建筑结构地震响应研究

实际地震具有多维特性,只考虑水平地震作用往往不够真实全面。基于此,建立某高层框架-核心筒层间隔震结构模型,在8 度罕遇地震下,输入一维、二维、三维地震,对设置传统水平隔震支座的层间隔震高层建筑结构,进行动力弹塑性时程分析。三维地震激励下,层间隔震高层建筑结构地震响应增大,采用传统水平隔震支座容易出现拉应力超限问题。针对边缘隔震支座出现的拉应力超限问题,设置三维隔震支座结构,并与传统水平隔震支座结构进行分析对比。结果表明：采用三维隔震支座后,解决了拉应力超限问题;结构的层间位移、基底剪力、楼层加速度均明显减少且结构核心筒损伤程度减轻,并且对竖向地震力也具有良好的控制效果,说明三维隔震支座隔减震性能优于传统水平隔震支座。     

压电摩擦阻尼隔震结构地震响应及控制分析

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成智能隔震系统，并将其应用于一实例当中，以LQR控制算法作为此套系统的控制算法。应用MATLAB语言编制时程分析程序进行模拟地震情况下上部结构的反应，并与非隔震结构及被动隔震结构进行了对比，验证了这套隔震系统的隔震效果。通过分析，文中提出的这套隔震系统能够大大减小地震作用对结构的破坏，在减小层间位移的同时，大大的减小上部结构的最大加速度，同时由于其阻尼力可调的特性，使得这套系统无论是常遇地震还是罕遇地震都能发挥很好的控震效果。     

隔震斜交连续梁桥地震反应及环境温度影响研究

针对斜交桥震害特点及低温环境改变隔震支座力学特性现象,以用铅芯橡胶隔震支座的斜交连续梁桥为例,采用Hertz-damp模型考虑梁体与桥台的碰撞作用。基于OpenSees地震分析平台建立动力分析模型,分析桥墩位移、墩底反力、碰撞力、梁体旋转度与斜交桥斜度关系及梁端碰撞力分布规律。在对比不同隔震支座温度特性修正方法差异基础上,讨论隔震斜交桥梁地震反应与环境温度及斜度关系。结果表明,梁体双向水平与平面内转动耦合使梁体与桥台在其钝角处先发生碰撞,而碰撞作用会加剧梁体转动;低温引起的支座特性改变将会放大桥墩地震反应,若不计其影响,在0℃、-10℃、-30℃条件下,与常温(23℃)相比墩底剪力及弯矩会被低估10%、20%、40%。     

大跨度拱桥地震反应分析中阻尼模型的讨论

摘要：文中以某跨度420米的钢管拱桥为例,通过时域数值计算,分析了Rayleigh阻尼和Caughey阻尼两种阻尼模型下拱桥地震反应在的特点与区别,并同结构地震波响应的真实解进行了比较,讨论了不同阻尼模型的适用范围及有效性。文中最后提出了运用柯西阻尼时需要注意的问题。     

曲线连续梁桥支座模型对结构地震反应影响分析

针对桥梁结构分析中常将聚四氟乙烯滑板橡胶支座处理成理想活动支座而忽略滑板与梁底钢板间摩擦耗能作用问题,采用双线性模型及摩擦滑动单元分别模拟滑板支座进行非线性时程分析,获得支座及结构反应。分析结果表明,理想的活动支座模型会高估桥梁的地震反应,双线性模型与摩擦滑动单元模型分析结果接近;摩擦滑动单元能考虑支座竖向力变化对摩擦力影响及曲线桥支座负反力情况,更符合实际,适用性更广。     

连续梁桥横向抗震挡块简化分析方法研究

地震作用下,经过合理设计的挡块对桥梁上部结构具有很好的限位作用。《公路桥梁抗震设计细则》仅在构造措施中要求设置挡块,但未明确其具体设计方法。为简化挡块设计过程,提高计算效率,对连续梁桥计算模型的简化方法进行研究,并通过简化模型的动力特性与有限元模型对比,验证了其简化的合理性;对简化分析中需考虑的参与振型进行了研究,结果表明,规则桥梁仅需考虑横向平动振型就可基本满足工程精度要求;相较于美国规范和日本规范的计算方法,简化方法基本介于两者之间说明了计算结果的可靠性,且由于考虑了结构自身动力特性的影响,计算的挡块地震力随着墩高的增大而减小,计算结果更为合理。     

梁桥结构地震反应分析中输入地震动选取及调整方法研究

针对桥梁结构地震动分析时所输入地震动选择会影响时程分析结果的可靠性,结合结构动力放大系数基本原理及地震波能量原理,通过分析反应谱型特点,将其拟合归纳为以结构自振周期 范围及规范规定的0.1s-Tg范围分别定义为低频、高频对比区间,以两个区间反应谱曲线包围面积作为对比参数进行自然地震波选择依据。并据所选地震波提出基于两区间的5种天然地震波调整方法。以典型多跨梁桥为例进行数值分析,以桥墩墩底弯矩、剪力和及墩顶位移作为桥梁地震反应统计量。利用统计分析结果验证双参数地震波选择方法及地震波调整方法的合理性及有效性。     

碰撞效应对非规则梁桥横向地震反应的影响

摘要：通过考虑上部梁体与防震挡块间的横向碰撞效应,采用线性和非线性时程分析法对非规则梁桥横向地震力的分布规律进行了对比研究。研究表明：板式橡胶支座的采用有利于减轻由于墩高不一致带来的非规则梁桥横向剪力分布不均的困扰,但同时增加了主梁与挡块间横向碰撞的机率;碰撞效应的考虑不仅使桥梁结构动力响应增大,而且造成各墩受力重新趋于不均。最后通过参数分析,探讨了不同碰撞条件下非规则梁桥横向地震力分布的变化规律,得到了有益的结论。     

三跨连续加劲梁悬索桥无索区梁段线形调整方法研究

三跨连续加劲梁悬索桥在桥塔处梁段刚接及体系转换时如何保证无索区的线形平顺过渡、顺利进行体系转换、确保成桥线形与内力一致是一个难度较高的技术课题。本文讨论了国内外无索区梁段进行体系转换的方法,并以一座超千米的三跨连续钢箱梁悬索桥为例,实现其无索区加劲梁体系转换、线形调整和施工控制。     

砼连续箱梁人行天桥振动特性测试与分析

以某座普通钢筋砼连续箱梁人行天桥为工程背景,通过对其振动特性进行大量实测试验,利用有限元理论对结构整体进行计算,深入分析其大幅度竖向、侧向振动的成因,结合实测数据探讨现行人行桥振动舒适度评价方法所存在的不足之处,评价天桥的舒适程度,为该桥的质量检测与评价提供依据,并提出了人行天桥振动舒适性评价建议。这为今后对该类桥梁的设计、维修加固具有实际参考价值。     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

斜交简支梁桥地震碰撞反应参数分析

为研究斜交简支梁桥地震碰撞反应,采用开放式地震模拟软件Open Sees,建立能够考虑梁体与桥台间纵向碰撞、摩擦作用及梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥精细化动力计算模型,分析水平地震动输入方向、竖向地震动和斜度等对斜交简支梁桥地震碰撞反应的影响规律。结果表明:忽略横向碰撞时,斜度为α的简支梁桥梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角在水平地震动以角度θ=90°-α输入时达到极小值;考虑横向碰撞后,由于挡块的有效限位作用,梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角会减小,竖向地震动对地震碰撞反应的数值有一定影响,但对其随斜度的变化规律没有明显影响,钝角处支座上拔力随斜度增大而增大,锐角处支座上拔力随斜度增大而减小,且支座上拔力由钝角处向锐角处逐渐减小,考虑水平地震动输入方向影响时,梁端纵向最大位移随斜度增大而增大,上部结构峰值转角、梁端纵向最大碰撞力随斜度增大呈先增大后减小的变化规律,梁体与挡块间横向最大碰撞力随斜度的增大总体变化不大。     

Failure modes of a seismically isolated continuous girder bridge

Reliable estimates of the failure modes of basic facilities, especially the seismically isolated bridge, are required for almost any form of analysis used for the seismic design and retrofit of bridge. The Hong Kong-Zhuhai-Macau (HZM) Bridge (HZMB), a seismically isolated continuous girder bridge with six spans, is a sea-crossing bridge, which is now under construction and will connect the Mainland China, Hong Kong, and Macau. Because the bridge is located in a highly active seismic zone, it is essential to evaluate the seismic performance of this bridge, in particular of its failure modes. Based on this practical engineering, this paper investigated the failure modes of isolated continuous girder bridge subjected to strong ground motions by developed weighted rank sum ratio method, in combination with developed 3D finite element bridge models. Firstly, three-dimensional finite element bridge models are developed and assessed using the incremental dynamic analysis method. Due to the flexibility of seismic isolation, both bending and rotational stiffness of isolation bearings are taken into account in the analysis. In addition, the rotational angle of bearings is found to be sensitive to seismic analytical results of isolated continuous girder bridges. Then, it conducted the nonlinear dynamic analysis on the HZM Bridge under sixteen strong earthquake records. Further, statistically significant failure modes and the weakest failure mode of this bridge are identified through the weighted rank sum ratio method. It resulted that, the final failure modes of this isolated continuous girder bridge are presented at the isolation bearings on a part of middle piers, at the isolation bearings on the abutments, at the isolation bearings at a side pier, and at the bottoms of side piers, respectively. The results of the failure mode analysis would greatly assist engineers to establish effective strategies for performance enhancement and seismic retrofit of bridge in the future.