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.     

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。     

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。     

地震动强度指标与框架结构响应的相关性研究

随着当前结构性能设计及耗能减震技术的普遍应用,根据合理的地震动强度指标来选择和调整实测地震动记录进行结构地震动响应分析,对于保证结构抗震设计的可靠性具有重要的意义。该研究将13种常用的地震动强度指标按照加速度型指标、速度型指标和位移型指标分为3类,对强震作用下13种常用的地震动强度指标与不同周期框架结构响应参数的相关性开展了研究。研究结果表明:3类地震动强度指标中,加速度型指标与短周期框架结构响应参数的相关性最好;速度型指标与中周期和中长周期框架结构响应参数的相关性最好;位移型指标与中长周期框架结构响应参数的相关性相对较好;同一结构在线性反应阶段与非线性反应阶段的响应参数与地震动强度指标的相关性是变化的。     

近断层地震动斜输入下水电站厂房非线性地震响应研究

与远场地震动相比,近断层地震动往往有较大的速度和位移脉冲效应,且由于其发震断层埋深较浅,地震波垂直地表向上入射假定一般不再适用。目前关于水电站厂房抗震研究均未考虑近断层脉冲型地震动斜输入的影响。选取符合某水电站场地条件的近断层脉冲型和非脉冲地震动记录各5条,依据波动理论,采用黏弹性动力人工边界法,推导了SV波三维斜入射下的人工边界等效结点力计算公式,并进行了算例验证。建立了水电站厂房三维塑性损伤有限元分析模型,分析了水电站厂房在脉冲型和非脉冲地震动垂直和斜输入条件下的非线性地震响应。结果表明,近断层脉冲型地震动斜输入可以激起厂房结构的高阶振型,引起水电站厂房下部结构较大的损伤、位移、及应力响应,对厂房的破坏作用最强。     

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在役风力发电塔为例,建立其OpenSees的纤维截面梁柱单元模型,并通过现场实测数据对该模型进行了验证。在此基础上,分析了塔架结构在长周期地震下的地震响应,并讨论了近断层脉冲地震动的水平速度脉冲和竖向地震作用对塔架结构地震响应的影响。结果表明:相同峰值加速度条件下,远场长周期地震动更不利,塔顶水平位移和塔底内力均最大,峰值加速度0.15 g远场长周期地震作用与峰值加速度0.45 g非长周期地震作用相当。相对于远场长周期地震动,未发现近场长周期的水平速度脉冲对结构响应产生不利影响;其竖向地震荷载带来的竖向惯性力和P-Δ效应在一定程度上增大了塔架结构的轴力和塔底弯矩,但影响并不明显。近场脉冲型长周期地震动不利的主要因素仍然是其较大的峰值加速度。选择两条主频与塔架基频最接近的长周期地震动并调幅,进行风电塔截面塑性分析。结果表明:距塔底约12 m的截面最先发生屈服。当地震动峰值加速度达到0.5 g时,该截面进入塑性;0.6 g时,达到屈服。     

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。     

粘滞阻尼减震结构振动台试验与动力可靠度分析

开展了随机地震动作用下黏滞阻尼减震结构振动台试验,并采用概率密度演化方法和等价极值事件原理,对有控和无控试验模型的动力可靠度分别进行了分析。结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入。试验结果表明:采用黏滞阻尼器作为减振装置,能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,与此同时,楼层剪力的均方根值一般也较无控时明显减小;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本输入时,黏滞阻尼器取得的减振效果不同。试验模型动力可靠度分析结果表明,有控模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度均较无控时显著提高,抗震可靠性明显增强。     

减震沟对爆破地震波能量特性影响试验研究

在减震沟两侧相邻区域内布设五个测点,对爆破震动试验展开监测。采用小波包能量谱分析法对采集的爆破振动信号进行分析,得到地震波经过减震沟的能量变化情况及各个测点的能量分布。试验与分析结果表明,减震沟对爆破地震波能量具有有效的衰减作用,但在沟后一定距离上存在能量放大现象;减震沟对初始能量主要分布在中高频的信号具有降频作用,对初始能量主要分布在低频的信号具有升频作用。     

三维地震动作用下曲线连续梁桥减震控制研究

为了减少双支承曲线梁桥的地震破坏效应,提出了利用液体粘滞阻尼器进行曲线梁桥减震控制的方法,建立曲线连续梁桥的空间有限元模型和动力仿真模型,在桥梁墩台活动支座部位设置切向和径向液体粘滞减震装置,输入三维地震动计算分析了桥梁主动控制、半主动控制和被动控制三种减震方法的减震效果。结果表明,曲线梁桥的地震反应表现出显著的纵桥向与横桥向的耦合特性,在减震控制计算时必须同时输入三维地震动并设置纵横向减震装置。粘滞阻尼器能够控制曲线梁桥内外墩的内力趋于接近,三种减震控制方法均能有效地减小曲线梁桥的梁端位移和固定墩墩底内力,且三种方法的减震效果和地震反应时程的差别均相对较小,主动控制和半主动控制没有表现出明显的优越性,建议在实际曲线梁桥的抗震减震设计中应用粘滞阻尼器被动控制。     

汶川地震下框架结构的抗倒塌能力分析

从震害统计和数值模拟两个方面研究了按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力。汶川地震大量钢筋混凝土框架结构震害统计表明,按7度抗震设防的结构在地震烈度达到9度或加速度峰值达到400gal,开始出现倒塌破坏(占1%~2%);当地震烈度达到11度或加速度峰值达到800gal以上时,出现大量的倒塌破坏(占60%以上)。进一步以汶川强震记录为输入,对两个典型的钢筋混凝土框架结构进行了增量动力分析。结果表明：7度抗震设防时可抵御300gal~500gal加速度峰值作用(地震烈度近似9度);按8度抗震设防时可抵御400gal~600gal加速度峰值作用(地震烈度近似10度)。总体上看按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架的超强系数基本大于2。     

近断层高架连续梁桥地震易损性与振动台试验研究

与远场地震动相比,近断层地震动长周期成分丰富、存在速度大脉冲效应,对柔性结构桥梁具有更高的震损能力。高架连续梁桥是一种常见的桥梁结构型式,距离断层较近时在地震中可能会发生更为严重的破坏。以一座典型四跨高架连续梁桥为例,对比了远场地震动和含速度脉冲近断层记录输入下的地震易损性规律,并通过缩尺模型振动台试验得到了典型近断层地震动输入下的动力响应。结果表明：与远场或设计地震动相比,含速度脉冲的近断层地震动输入下高架连续梁桥的地震易损性更高,在分析桥梁系统易损性时应综合考虑桥墩和支座的损伤指标,振动台试验结果验证了典型近断层地震动输入下高架连续梁桥动力响应更大。     

建筑结构对爆破地震的动力响应特性研究

首先分析了建筑结构的爆破地震安全判据的不足和爆破地震与天然地震的特点,然后详细地分析了爆破参量对爆破地震波反应谱的影响和爆破地震频率对建筑结构破坏的影响,并着重分析了建筑结构对爆破地震波主频率的响应特性和爆破地震波主频率的特性及一般规律,最后提出了今后进行建筑结构对爆破地震的动力响应特性研究和爆破地震作用下建筑结构的安全程度评价研究的建议.     

长周期地面运动和SSI效应对风机动力响应的影响

针对建设在软土地基上的大功率风机结构,需要同时考虑长周期地面运动和土-结构相互作用(SSI)的影响.为了全面研究长周期地面运动和SSI效应对风机塔筒结构动力响应的影响,首先基于某1.25 MW变桨距风机结构建立了包含叶片、机舱、塔筒和基础的结构整体有限元模型,并进行了模态分析.其次在世界地震记录数据库中选择了1条普通波...     

不同地震作用方向下混凝土核心筒基于增量动力分析的抗震性能评估

强震作用下,核心筒对混合结构发生破坏乃至倒塌有着重要影响。选择合适的地震输入,进行核心筒在双向或多向地震作用下的地震反应分析是值得深入研究的。采用动力时程分析方法,通过不同方向地震作用与单向地震作用下混凝土核心筒的地震效应对比可知,在进行结构设计时,大震作用下,斜向地震作用下的内力要明显偏大,仅考虑单向输入的水平加速度的设计结果会偏于不安全。并通过输入与Y轴45°斜向地震记录基于单条地震记录的增量动力分析方法（IDA方法）对核心筒进行抗震性能评估。结果表明,斜向地震输入对核心筒IDA曲线有一定影响,但各性能点对应的量化位移指标与Y向单条地震输入时相差不大。     

近断层长周期脉冲型地震动对竖向反应谱影响研究

长周期大幅值脉冲运动是近断层地震动的重要特征,也是引起结构震害的重要因素。在既有的地震动数据库基础上,筛选建立了长周期脉冲型记录的统计样本库,并构建了地震动特征参数的回归关系式。针对竖向反应谱,深入分析了竖向分量与水平向分量的加速度反应谱比值随脉冲周期和结构自振周期的变化规律,结果表明反应谱比值显著大于现行规范取值,进而采用分段线性化方法,建立了竖向反应谱比值随脉冲周期、自振周期变化的简化关系式,并对影响竖向反应谱曲线各拐点周期的特征比值进行统计分析,拟合得到了其随震级和断层距的衰减模型。     

带有黏弹性阻尼器穿斗木结构振动台试验研究

按照云南"一颗印"构造要求制作了一个两层传统穿斗式木结构房屋模型进行模拟振动台试验。对结构模型的破坏模式、动力响应、应变响应,扭转效应、剪力分布、弯矩变化及耗能能力进行了分析研究。结果表明:结构模型满足中国建筑抗震设计规范"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求;结构模型具有明显扭转效应;层间剪力分布取决于质量分布;弯矩随地震激励增大不断增大,结构模型未发生塑形破坏;层间累积耗能能力一层耗能能力最大,二层次之,屋脊最小。     

Nonlinear dynamics of offshore structures under sea wave and earthquake forces

A study of dynamic response of offshore structures in random seas to inputs of earthquake ground motions is presented. Emphasis is placed on the evaluation of nonlinear hydrodynamic damping effects due to sea waves for the earthquake response. The structure is discretized using the finite element method. Sea waves are represented by Bretschneider’s power spectrum and the Morison equation defines the wave forcing function. Tajimi-Kanai’s power spectrum is used for the horizontal ground acceleration due to earthquakes. The governing equations of motion are obtained by the substructure method. Response analysis is carried out using the frequency-domain random-vibration approach. It is found that the hydrodynamic damping forces are higher in random seas than in still water and sea waves generally reduce the seismic response of offshore structures. Studies on the first passage probabilities of response indicate that small sea waves enhance the reliability of offshore structures against earthquakes forces.     

考虑双非线性影响的大跨度上承式钢拱桥地震响应研究

以研究上承式大跨度钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理为目的,应用考虑双非线性以及地震过程中轴力变化影响的计算方法,对跨度为200m的两铰拱桥和无铰拱桥设计方案进行了计算,分析了结构在强地震荷载作用下地震响应和损伤程度,比较了计算方法、输入地震波以及结构设计条件对地震响应计算结果的影响。结果表明,上承式钢拱桥具有较好的结构抗震性能,在强地震荷载作用下损伤程度不显著;钢拱桥在地震荷载作用下无卓越的振动振型,地震响应计算需考虑多个振型的影响;当拱肋轴力达到屈服轴力的20-30%时,弹塑性地震响应计算不宜忽略轴力变化的影响。几何非线性对拱肋的弯矩地震响应有较明显的影响;柔性的两铰拱桥由于自振周期长,受到的地震荷载比对应的无铰拱略小,损伤程度也相对较轻些;无铰拱桥在拱脚截面位置容易发生地震损伤,设计时应确保拱脚截面在屈服以后不发生局部失稳。