隔震结构振型分解反应谱计算方法研究

隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计,由于使用统一的减震系数,部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法,将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同,隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时,计算隔震结构的振型阻尼比,是计算地震作用的关键。采用能量法,推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式,并对其进行简化。结合GB 50011-2010《建筑结构抗震规范》反应谱,给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明,按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。     

基础隔震结构复振型分解反应谱方法的地震作用及效应组合

为解决隔震结构的地震作用因非比例阻尼不宜直接采用我国抗震规范加以计算的问题,推导了隔震结构复振型响应的振型参与系数、振型的实数表达形式,基于隔震结构刚度、阻尼、质量矩阵与其动力特征的内在联系,给出了复振型地震作用的惯性表达公式。研究结果表明：隔震结构不考虑非比例阻尼影响时误差较大,其主要原因是忽略了各振型速度响应对振型位移的贡献;考虑非比例阻尼的单个复振型地震作用包含位移分量和速度分量,复振型地震作用的惯性表达公式合理考虑了非比例阻尼和振型速度的影响,在复振型分解时程分析中可以得到精确时程结果,反应谱分析采用CCQC法可以明显改善CQC分析精度,上述基础理论为《建筑隔震设计标准》所采纳。     

索穹顶结构地震作用计算方法的对比分析

由于结构的几何非线性，我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中并未对以索穹顶为代表的柔性大跨屋盖结构的地震作用计算方法作出明确规定。为此，以重力荷载代表值作用下的平衡构型为考察对象，通过与时程分析法计算结果进行对比，考察振型分解反应谱法用于索穹顶结构地震作用计算的适用性。为保证地震动输入的一致性，时程分析时使用由设计反应谱生成的人工地震波。基于振型参与质量系数，提出了一种判别屋盖索穹顶结构地震作用主要贡献振型的指标，并指出应采用对屋盖索穹顶结构的地震作用提供主要贡献的振型确定瑞利阻尼系数，否则时程分析时将显著高估结构阻尼效应并造成结构地震响应的计算结果偏小。采用两种方法计算索穹顶结构在不同挠跨比限值(预应力水平)下的多遇地震响应。结果表明，对于满足非抗震设计验算的Geiger型和Levy型索穹顶算例，振型分解反应谱法计算得到的结构地震响应与时程分析法的结果匹配良好，验证了该方法进行此类柔性屋盖结构地震作用计算的适用性。     

轻钢增层结构的地震反应分析

根据现阶段大量出现的混凝土结构上加盖轻钢结构的结构形式特点,采用子结构方法分别对原有混凝土结构和加层钢结构的质量、刚度和阻尼矩阵进行叠加,进而运用实模态振型分解法求解结构地震反应,通过本文方法与Newmark时程法的比较研究表明,本文方法具有相当的精度。     

隔震结构地震响应的简化计算方法

通过将实振型分解法与随机振动理论相结合,借鉴SRSS思想给出了利用位移反应谱来估计隔震层位移及上部结构层间剪力的方法,并对算例的结果进行对比,指出建立的位移反应谱估计方法是一种能满足工程计算精度的简化计算方法。     

基础隔震结构反应谱研究

为简化基础隔震结构的设计计算,推广隔震结构的应用,研究了铅芯橡胶支座基础隔震结构设计反应谱与位移反应谱。利用ETABS软件建立单层基础隔震结构计算模型,输入45条地震动记录,进行基础隔震结构的动力时程反应分析,在时程分析和现有规范设计反应谱基础上,提出铅芯橡胶支座基础隔震结构的设计反应谱和位移反应谱计算公式,并用多质点隔震结构的动力时程分析结果验证了新建反应谱的可靠性。结果表明,与规范设计反应谱相比,新建反应谱曲线与多层基础隔震结构地震反应的时程分析结果较一致。     

跨度800m凯威特型巨型网格结构在8度多遇地震作用下受力性能分析

以跨度800m凯威特型巨型网格结构为研究对象,对其在多遇地震作用下的受力性能进行研究。基于位移权重系数和内力权重系数,对瑞利阻尼系数计算方法进行了修正。采用时程分析法对跨度800m的凯威特型巨型网格结构进行了8度多遇地震作用下结构反应的计算,对其位移和内力反应进行了分析。结果表明：结构最大位移和最大内力的放大系数在1.1~1.2之间;通过对比振型截断法和振型过滤法,发现由振型过滤法确定的组合振型,可使多维反应谱法的计算结果精度更高且计算速度更快,应用多维反应谱法对结构进行计算,并与时程法的结果进行对比,由两种方法计算得到的内力及位移反应平均误差在10%左右,且反应包络线趋势一致。     

基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

钢筋混凝土框筒结构的动力特性及地震反应分析

针对某 32层钢筋混凝土框筒结构 ,运用ANSYS软件 ,建立三维有限元模型进行了振型分析 ,得出了该结构的自振特性 ;分别采用振型分解反应谱法和非线性时程分析法进行了结构在罕遇地震作用下的地震反应分析。求出了该结构的楼层位移、剪力、轴力以及位移、速度和加速度时程曲线 ,并对计算结果以及剪力滞后效应对框筒结构受力和变形的影响等进行了分析和讨论。     

非比例阻尼线性体系地震响应的部分平方组合(CPQC)法

对于非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的地震反应谱振型叠加方法,即复振型完全平方组合(CCQC)方法进行动力反应分析时计算工作量较大。为此,通过分析不同振型之间的位移、速度、位移-速度相关系数随频率比和阻尼比的变化规律,给出了复振型平方和开方(CSRSS)组合方法的适用范围。同时通过分析指出在CCQC法中只需要考虑邻近振型的相关性,因此建议了一种介于CCQC法和CSRSS法之间的考虑部分相关性的复振型平方组合方法,称之为简化的CCQC法或复振型部分平方组合(CPQC)方法,用以提高计算效率。通过实例分析验证了所建议方法的适用范围、计算精度和效率。由于比例阻尼系统的地震反应谱振型组合方法是文中所述一般方法的特殊情况,因此本文提出的简化分析方法对比例阻尼系统也同样是适用的,并可以称为部分平方组合(PQC)方法。     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。     

非正交阻尼线性振动系统的复振型地震响应叠加分析方法

本文研究了一般非正交阻尼结构在地震地面运动影响下的动力反应分析方法,此方法将复振型地震响应叠加解答中关于余弦函数的杜哈美积分表示为该相应模态地震位移和速度响应的线性组合,并在此基础上讨论了基于复振型的多层结构楼层位移及层间位移反应谱叠加方法。此外,文中还通过算例与数值积分加以比较,结果表明这种方法一般具有较好的精度。     

建筑结构抗震分析的改进反应谱法

目前各国抗震设计规范推荐采用反应谱法进行结构抗震分析。传统反应谱法需要采用地震动白噪声假定和峰值因子一致性假定,对于大规模复杂建筑结构地震响应的计算结果造成较大影响。为了摒弃上述2个计算假定,采用直接迭代法获取与规范反应谱完全等价的地震动功率谱,并计算获得振型相关系数曲面和振型峰值因子曲线。在此基础上,利用结构响应峰值的精确CQC组合公式,提出一种改进反应谱法,以获取具有明确超越概率信息的地震响应峰值。针对某复杂高层建筑结构进行抗震分析,全面剖析了传统反应谱法中地震动白噪声假定和峰值因子一致性假定的影响规律,并验证了改进反应谱法与随机振动方法具有同样的计算精度。改进反应谱法所需用到的振型相关系数和振型峰值因子可以由规范反应谱完全确定,具有良好的工程应用前景。     

基于等效线性化的SISC隔震框架结构动力响应分析

为探究采用废旧轮胎隔震垫(STP)制成的柱下新型隔震装置(SISC)在村镇框架结构中的隔震效果,通过SAP2000建立隔震与非隔震三层框架结构模型,利用简化计算方法进行初步布置,采用反应谱法及时程分析法对比了隔震前后层间剪力比,并进行了上部结构的动力响应分析。结果表明：简化计算方法、振型分解反应谱法及时程分析法得到的底部剪力比分别为0.4207、0.4091、0.4491;隔震结构较非隔震结构自振周期延长2～3倍,由时程分析法可得隔震结构中上部结构层间位移角、顶层加速度较非隔震结构最大分别降低86.48%、49.26%,均满足规范限值要求,上部结构整体呈现平动;SISC隔震框架结构按照简化计算方法进行SISC初步布置具有可行性,该研究成果为STP隔震体系在村镇框架结构中的实际应用提供参考。     

某医疗钢结构隔震设计与性能分析

隔震技术通过设置隔震支座,可延长结构自振周期,降低结构所受的地震作用.针对某医疗钢结构建筑,分别采用基于减震系数的分部设计法、直接分析设计法进行隔震设计,通过同时考虑上部结构非线性与隔震支座非线性的动力时程分析,对不同地震水准下隔震结构的抗震性能进行分析评价,同时与抗震结构的抗震性能进行对比.结果 表明:采用直接分析设计法设计的隔震结构抗震性能水平高于采用分部设计法设计的隔震结构的抗震性能水平;相比于抗震结构,隔震结构的剪力、上部结构层间位移及楼层加速度均较低,尤其是楼层加速度明显降低,能够保护内部设备不发生倾覆破坏.     

改进的基于模态推覆的时程分析地震动记录调整

利用时程分析计算结构地震反应时,不同的地震动记录或不同的地震动记录调整方法得到的结果差别很 大,因此如何选择和调整地震动记录,减小结构地震反应分析结果的离散性,是提高结构抗震分析结果可靠性的 必然要求。针对基于模态推覆的地震动记录调整方法的不足,提出引入以振型参与重量系数为加权系数、可考虑 前若干阶振型贡献的综合调整系数调整初选的地震动记录,其中每一阶振型对应的调整系数利用该阶振型相应等 效单自由度体系非线性时程分析所得最大位移匹配其目标位移确定。进一步,以一6层钢筋混凝土框架结构为例 ,分别采用改进的基于模态推覆、基于模态推覆和基于ASCE7的调整方法调整地震动记录进行时程分析,并对不 同调整方法下结构最大水平位移、最大层间位移角等结构响应计算结果的离散性进行了对比。对比结果表明,与 基于模态推覆和基于ASCE7的地震动记录调整方法相比,基于改进模态推覆的地震动记录调整方法所得结构地震 响应分析结果的离散性明显下降。     

无站台柱雨棚结构地震作用分析

地震作用计算结果的可靠性直接影响结构的抗震设计。无站台柱雨棚结构地震作用计算通常只采用振型分解反应谱法,本文通过MIDAS软件得出了振型分解反应谱法和时程分析法的计算结果,建议在某些情况下,无站台柱雨棚结构的地震作用需用时程分析法进行补充验算。     

预张力钢结构屋盖的抗震反应方法研究

分别采用振型分解反应谱法和时程分析法,考虑结构的几何非线性和预应力效应,计入阻尼比和前50阶振型的贡献,以郑州国际会展中心展厅钢屋盖为例计算了预张力钢结构屋盖在水平地震作用以及竖向地震作用下的动力反应。结果表明:抗震分析必须计算竖向地震作用;振型分解反应谱法能够反映出结构的地震响应规律;有必要对大跨空间结构进行时程分析;桅杆是主要受力构件。分析结果为抗震设计提供了参考依据,可以进一步了解和掌握此类新型结构。     

基于非比例阻尼模型的隔震结构动力分析软件

采用子结构Rayleigh阻尼模型构造隔震结构的非比例阻尼矩阵 ,用FORTRAN语言实现结构的动力时程分析。为便于工程应用 ,用VB语言开发了前后处理界面与FORTRAN链接 ,成为隔震工程专用动力分析软件 (ISDN)。用本软件和Simulink以及复振型分解法对一工程实例分别进行计算 ,两者所得位移和加速度的最大相对误差分别不超过其响应最大值的 0 0 7%和 0 2 7%。说明本软件的分析精度满足工程设计要求     

不同地震动特性下的并联复合隔震结构的地震响应分析

本文基于层间剪切模型建立并联复合隔震结构的运动微分方程,引入状态空间法对其进行求解,得到位移、速度和加速度地震响应,最后结合工程实例,对不同地震动特性下的并联复合隔震结构的最大位移响应、最大剪力响应、滞回响应和能量时程响应进行计算、分析。结果表明:并联复合隔震结构能充分发挥不同类型隔震支座的优点,有效降低上部结构的地震响应;不同地震动特性对并联复合隔震结构的地震响应有重要影响,可为并联复合隔震结构的设计提供参考。