典型地震动作用下长周期单自由度体系地震反应分析

通过单自由度体系典型地震反应分析探讨长周期结构的类共振及瞬态效应问题。远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是导致长周期结构发生类共振的两类长周期地震动,而目前对此两类地震动特性以及地震反应的对比分析尚不多见。首先,通过卓越频率与能量时间分布系数对比分析,研究了长周期地震动能量时频分布特性,结果表明：两类长周期地震动的能量均集中在较低频段,且远场类谐和地震动的能量集中频段略低于近断层脉冲型地震动;近断层脉冲型地震动与普通地震动的能量在时域内分布较远场类谐和地震动集中。然后,进行了弹性反应谱对比分析,结果表明：在长周期段,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的加速度反应、速度反应、位移反应和输入能量均大于普通地震动,且速度反应、位移反应与输入能量的放大程度明显高于加速度反应;远场类谐和地震动的各反应明显大于近断层脉冲型地震动,且衰减更为缓慢。最后,提出瞬态效应的概念,并进行了实际地震动作用下的瞬态效应分析,结果表明：瞬态效应是地震动高频成分的固有属性,但不足以引起长周期结构的瞬态位移破坏。建议在对长周期结构进行抗震设计时,需要重点考虑两类长周期地震动引起的类共振问题,而不需要考虑瞬态效应。     

长周期地震下风力发电塔架结构地震反应分析

风力发电在全球范围内得到大规模应用,地震活跃地区已建成和在建风电场数量逐渐增多,地震荷载成为风力发电塔设计中的重要因素.该文针对风力发电塔结构周期较长、对富含低频成分的长周期地震动较为敏感的特性,选择远场长周期地震动与近场脉冲型长周期地震动各20条,并选择20条非长周期地震动作为参照.以一座1.5 MW在役风力发电塔为...     

长周期地震动作用下惯容‑层间隔震结构地震响应分析EI北大核心CSCD

已有研究表明惯容系统与基础隔震技术结合使用可以减小长周期地震动下基础隔震结构的动力响应,但惯容系统对层间隔震结构控制效果与基础隔震存在差异,需要进一步研究。提出将SPIS‐Ⅱ惯容系统应用于层间隔震结构,对惯容系统进行参数设计,通过数值分析研究长周期地震动下惯容‐层间隔震结构的减震效果。结果表明:采用虚拟激励法求解结构的随机振动响应,能够快捷有效地确定惯容系统参数;惯容系统大大减少了隔震层位移,有效解决了长周期地震动下隔震层位移超限的问题,且随地震动幅值增大,位移减震率也随之提高;惯容‐层间隔震系统在很好地控制上部结构响应的同时,进一步减小了下部子结构的地震响应。     

古建筑木结构屋盖梁架体系动力性能分析

针对目前古建筑木结构研究领域中对屋盖梁架的动力性能研究甚少的现状,该文以殿堂型木结构为研究对象,按照《营造法式注释》的构造要求建立屋盖梁架层模型,通过对其进行动力性能分析,得出了屋盖梁架层的结构动力特性以及在各种工况作用下的位移最大响应值和加速度最大响应值,求解出了各梁架层的动力放大系数.研究表明:屋盖梁架模型的第一频率为1.486Hz;屋盖梁架模型的自振频率远远高于振动台试验整体结构模型的自振频率;梁架层最大位移值随地震作用和高度的增加而增大;大震(400gal)时半刚性榫卯连接的减震效果比中震(220gal)、小震(110gal)时的减震效果要好;层间动力放大系数值在1 左右;屋盖层与铺作层的动力放大系数在0.9 左右.     

基于长周期地震动记录的SDOF体系能量谱探讨

为分析长周期地震动作用下结构的能量反应谱及其影响因素,本文从1985年墨西哥8.1级地震、1999年台湾集集7.6级地震和2003年日本十胜冲8.0级地震记录库中,选取了36条具有可靠长周期信息的强震记录,以此作为输入,采用能量谱面积归一的方法,首先对单自由度体系的弹性能量谱进行了分析,建议了适用于长周期地震动的简化三段式输入能量谱。在此基础上,讨论了延性系数、阻尼比对弹塑性能量谱的影响;给出了通过调整长周期地震动弹性能量谱参数来确定长周期地震动弹塑性能量谱的方法,并与长周期地震动弹塑性能量谱的拟合结果进行了比较,验证了上述方法的可行性。最后,通过分析长周期地震动累积滞回耗能与弹塑性输入能量之间的比值关系,给出了长周期地震动累积滞回耗能比值谱的计算公式。     

地震波斜入射条件下重力坝动力响应分析

为建立反映设计地震动的斜入射波场,将地表地震动时程分量分解为斜入射的平面SV波和平面P波,使其共同作用下在地表产生与设计地震动分量相同的响应,而其他方向响应为0,根据固体介质中波的传播理论,推导了斜入射波入射角度之间的关系,以及幅值与设计地震动分量的联系,通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了反映设计地震动的地震波斜入射条件下的解析方式,以此为基础建立了时域计算分析模型。将该方法应用于某重力坝―地基动力相互作用分析,在不同地基刚度下与垂直入射的情况进行了比较,计算结果表明：地震波斜入射时对重力坝结构有明显的影响,尤其是坝－基交界面上,结构的动力响应要大于地震波垂直入射时结构的动力响应。该方法在均匀地基假设下构造了反映地表设计地震动特征的斜入射波系,斜入射波系在地表的响应具有非一致特征,同时该方法考虑了地基的辐射阻尼,可用于重大工程在地震动非一致输入下的动力响应分析。     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

长周期结构地震瞬态反应研究

摘要：传统动力学理论通常认为地震瞬态反应可以忽略。基于简谐地震反应的基本理论,引进小波包分解技术,推导了实际地震动作用下,多自由度体系瞬态反应的计算方法。分析了等效单自由度体系的反应谱特性以及瞬态振动的规律。明确了长周期结构的最大位移可能出现在结构瞬态振动中,其值甚至超过结构在地震激励期间所发生的共振位移。通过实际地震动作用下长、短周期结构瞬态反应的比较,表明短周期结构主要由稳态振动控制,而长周期受瞬态振动影响显著。因此,长周期结构抗震不仅要避免共振发生,还须充分考虑到结构瞬态振动的位移破坏。     

海域地震动长周期特性及其强度指标研究

为了分析海域地震动的长周期特性。选取893条三分量海域地震动记录,识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动,比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异,研究了海域地震动强度指标PGA(Peak Ground Acceleration),PGV(Peak Ground Velocity),PGD(Peak Ground Displacement)与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明:由浅源远场强震(震源深度小于45 km,震中距大于120 km,且矩震级大于6.2)产生的海域地震动的长周期特性十分突出,其动力放大系数谱在长周期段(2~10 s)明显超过了抗震设计规范谱的取值,且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著;PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好,因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。     

水下生产系统跨接管结构在地震作用下动力响应分析

研究水下生产系统跨接管结构在地震波载荷下的动力响应特性。分析中计及了地震波沿水平和竖向两个方向的载荷输入,采用非线性弹簧模型模拟跨接管与海床的耦合作用,同时考虑了地震作用下跨接管的动水作用效应。通过对不同影响因素下结构的动力响应结果分析表明：竖向地震波对跨接管结构水平响应幅值影响较小,但显著改变其响应频率;管土接触引起跨接管响应幅值变化明显,并激发跨接管高阶振型;地震下动水作用力对跨接管的响应幅值影响较大。所建立的分析方法对跨接管结构设计和安全性评估有一定借鉴意义。     

残损古建筑木结构燕尾榫节点抗震性能试验研究

残损是现存古建筑木结构的普遍状况,显著地降低了结构的抗震性能。为研究残损对燕尾榫节点抗震性能的影响,参照宋《营造法式》殿堂三等材的尺寸要求,制作了3个比例为1∶3.2的燕尾榫节点模型,包括1个完好节点、1个模拟榫头真菌腐朽的残损节点和1个模拟榫头虫蛀的残损节点。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻一定深度的孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对残损节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线和耗能性能进行了研究,分析了残损燕尾榫节点抗震性能的退化规律。结果表明:残损燕尾榫节点的破坏形态与完好节点的破坏形态类似,主要表现为榫头和卯口有明显的挤压变形、榫头沿枋纵向部分拔出,枋柱整体完好,但残损节点的榫头拔出更早、拔出量更大,模拟虫蛀节点有榫角被挤碎;残损燕尾榫节点的滞回曲线也有明显的"捏缩"效应,但滞回环饱满度较差;残损节点的转动弯矩、转动刚度均明显低于完好节点,但耗能能力基本不变化;当两种不同残损类型的残损程度相近时,人工模拟真菌腐朽节点的转动弯矩更高、转动刚度更大。     

基于监测数据的结构地震损伤追踪与量化评估方法

为增加藏式古建筑木结构的安全冗余度,该文提出了短期应变监测数据预测方法,以此对藏式古建筑木结构健康状态进行预判性评估。以回廊结构为对象,利用Sobel算子与卷积神经网络方法处理传感器带来的多种数据异常。通过多项式回归和功率谱密度的方法确定应变监测数据组分。引入变分模态分解法对数据进行解耦,以Prophet算法预测短期温度监测应变,以Gumbel极值理论预测不同重现期下的人群监测应变。以不同重现期下的应变监测数据预测值的叠加结果确定需重点关注的结构位置和需立即修缮的结构位置,以满足藏式古建木构的预防性保护要求和最小扰动原则。     

基于拆除构件法的低烈度区超高层建筑抗连续性倒塌性能分析

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒塌能力、抗爆能力和关键竖向构件拆除后的抗连续倒塌能力进行了分析,结果表明：该超高层结构在所选取的8组地震动记录下的抗倒塌安全储备系数为3.59,抗地震倒塌性能良好;在爆炸距离为5 m的情况下箱包炸弹的TNT当量达到约3.2 t时可以造成结构倒塌,在爆炸距离为10 m的情况下,面包车炸弹的TNT当量达到约10.0 t时可以造成结构倒塌;在巨柱、塔冠钢柱、次级钢框架吊柱和承重柱等关键竖向构件中的一根构件被拆除后,结构备用传递路径能够发挥作用,整体结构抗连续倒塌性能良好;在拆除两根底部巨柱的情况下结构未发生倒塌,而在拆除三根底部巨柱的情况下,若拆除的巨柱不是建筑相邻角四根巨柱的三根,则结构依然可以不发生倒塌,反之则发生倒塌。该文分析方法和结果可以为类似超高层建筑的防倒塌设计提供参考和借鉴。

     

Solid and timber construction in residential buildings / Massiv‐ und Holzbau bei Wohngebäuden

In the context of a comprehensive analysis of the current situation in Germany’s residential sector as regards construction costs and developments in these, the Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (ARGE) undertook a specific study to investigate the use of the main materials for building walls (using both solid and timber construction methods) in residential buildings. In order to obtain comparable data, two buildings typical of the residential sector were modelled: an apartment block and a detached house. These reflect the current building situation in Germany. It should be noted that for both multi‐storey buildings and detached homes, if we look at the median cost, it is more economical to use masonry for the basic structure than timber. The cost advantage of the solid construction method over the timber method for detached houses is 4 %, and the median advantage for apartment blocks is between 4.7 and 6 %. The studies we used in our assessment of the sustainability of the building materials used (for example from TU Darmstadt) conclude that both construction methods (solid and timber) are comparable in terms of the ‘ecological balance sheet’ results achieved over their entire life cycles and occupancy phases.     

Evaluation of seismic pounding risk of buildings in Taiwan

Abstract

The seismic pounding risk analysis is to express, in quantitative terms, the probability of structural pounding of adjacent buildings within a specified period of time. Based on the developed approach, the seismic pounding probability of buildings designed according to the 1997 Taiwan Building Code (TBC) is investigated. The effects of site soil profile type on pounding probability of buildings are investigated. Comparisons of the pounding related provisions in the Taiwan Building Code and those in the Uniform Building Code (UBC) are made.

The results reveal that if a reduction coefficient of 0.375 is adopted, instead of the 0.6 specified in the TBC, to consider the effect of vibration phase difference of adjacent buildings, the critical pounding risk of the TBC and that of the UBC will be similar.     

非结构构件抗震性能试验方法综述

该文系统总结了各国抗震设计规范中对于结构楼面峰值加速度取值的相关规定。建立了一系列不同设计参数、不同振动周期的钢筋混凝土框架结构的有限元模型,对弹性和弹塑性结构进行了不同强度地震动作用输入下的时程分析。将楼面峰值加速度通过地面峰值加速度归一化,考察了结构各楼层楼面峰值加速度分布情况。结果表明,现行抗震设计规范中对楼面峰值加速度取值的相关规定不能很好地反映其在不同楼层的分布情况,有待进一步的研究。     

Configuration optimization of dampers for adjacent buildings under seismic excitations

Passive coupling of adjacent structures is known to be an effective method to reduce undesirable vibrations and structural pounding effects. Past results have shown that reducing the number of dampers can considerably decrease the cost of implementation and does not significantly decrease the efficiency of the system. The main objective of this study was to find the optimal arrangement of a limited number of dampers to minimize interstorey drift. Five approaches to solving the resulting bi-level optimization problem are introduced and examined (exhaustive search, inserting dampers, inserting floors, locations of maximum relative velocity and a genetic algorithm) and the numerical efficiency of each method is examined. The results reveal that the inserting damper method is the most efficient and reliable method, particularly for tall structures. It was also found that increasing the number of dampers does not necessarily increase the efficiency of the system. In fact, increasing the number of dampers can exacerbate the dynamic response of the system.