山区多层接地隔震框架结构的抗震性能研究

筛选来自台湾集集地震同一场地类别上的三个台站的地震波,包括两条近断层地震波TCU054与TCU068和一条远场波ILA007,引入多次透射边界以模拟场地的无限性,利用二次开发后的ANSYS建立考虑土-结构相互作用的山区多层接地基础隔震与层间隔震框架结构有限元模型,针对近断层地震动与远场地震动作用下山区隔震框架结构的位移、加速度、层间剪力与层间位移角等地震响应进行对比分析。结果表明:远场地震动作用下三种结构中位于陡坎上部楼层的层间剪力的相对关系均为非隔震层间隔震基础隔震,而两种隔震结构中位于陡坎下部楼层的层间剪力值很接近,与非隔震结构的相对关系与土体的刚度有关。多层接地框架的两种隔震形式均放大了掉层部分的层间剪力,但远场地震动作用下的放大效应比近断层地震动作用下的放大效应要低。两种隔震结构中位于陡坎上部的楼层在近断层地震动作用下的响应均大于远场地震动作用下的响应。     

布置金属阻尼器的RC掉层框架结构减震性能分析

掉层框架结构由于上接地端的强约束作用,与一般框架结构相比抗震性能更差,上接地柱破坏严重。为研究布置金属阻尼器对改善掉层框架结构抗震性能的影响,对掉2层3跨的RC掉层框架结构振动台试验进行数值模拟验证模型的准确性;按现行规范设计了6个不同形式的RC掉层框架结构算例,基于减震性能曲线法确定RC掉层框架结构中金属阻尼器的布置方式,对比分析结构的动力响应评价其减震效果。结果表明：以减震性能曲线法布置金属阻尼器能有效提高RC掉层框架结构的抗震性能,能达到预期的性能目标;布置金属阻尼器的掉层结构上接地端层间位移角和层间扭转角不再发生突变,楼层各项指标分布更加均匀;罕遇地震作用下,金属阻尼器进入屈服阶段后,平均消耗地震动能量达60%,减震效果显著;金属阻尼器可有效降低掉层结构的梁柱塑性铰产生数量并延缓其发展速率,延缓结构的刚度退化。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%~6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

土-结构相互作用下消能减震结构损伤分析

基于系统化的集总参数模型表征土体动力特性,上部结构每层恢复力模型采用Takeda滞回模型,研究了地震动输入强度和土体剪切波速对消能减震结构损伤指数的影响。研究结果表明：无论是否考虑土-结构相互作用,随着结构阻尼比的增加,消能减震结构的损伤指数都得到了有效降低;考虑土-结构相互作用后,在峰值加速度为0.1g地震动作用下,非减震结构随着土体剪切波速的下降结构损伤指数基本不变,而对于消能减震结构,随着土体剪切波速的下降结构损伤指数会上升;当地震动峰值加速度增加到0.3g时,非减震结构与减震结构随着土体剪切波速的下降,结构损伤指数随之增大。     

远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构振动台试验研究

软土地基条件下土-结构相互作用(SSI)效应会对隔震结构的减震效果及动力特性产生影响。远场长周期地震动使隔震建筑这类长周期结构地震响应强烈,考虑SSI效应后地震响应可能更大。开展软土地基上层间隔震结构模型振动台试验研究,对比分析远场长周期和普通地震动下隔震层和隔震结构的楼层加速度和位移响应,研究远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构动力响应规律及减震效果。结果表明：软土地基具有明显的滤波效应,抑制高频分量,放大中低频分量;普通地震动下层间隔震结构的减震效果较显著,随着输入加速度峰值增大,减震效果降低,而远场长周期地震动下的层间隔震结构的减震效果比普通地震动下的差;基础及隔震层的转动效应明显,隔震层对基础转动有一定放大效应,远场长周期地震动下的隔震结构的放大效应较普通地震动下的明显,并对隔震层位移反应的影响较大。     

局部楼层设置耗能支撑的框架结构减震分析

以一个10层单跨框架结构作为算例,利用ANSYS程序分析了摩擦耗能支撑在局部楼层中的不同设置方式对结构减震效果的影响.结果表明,在3种设置方式中,底部5层设置方式对结构地震反应的控制效果最好,故耗能支撑宜布置在层间位移较大的下部楼层.     

近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑结构抗震性能分析

屈曲约束支撑因其在地震作用下具有良好的耗能能力,被广泛应用于高层建筑结构减震中。而含有明显长周期速度脉冲特征的近断层地震引起高层建筑结构较大的变形以及损伤,其对BRB减震效果有何影响值得深入研究。针对某高层建筑结构进行BRB减震参数设计,选取近断层脉冲型地震动进行动力分析,基于结构层间位移角、楼层加速度、结构塑性耗能等指标评估近断层脉冲型地震对BRB减震高层建筑结构抗震性能的影响。结果表明:近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑层间位移反应较大,楼层加速度放大不明显,RBR耗能在结构总塑性耗能中占比减小,结构塑性损伤较大。     

行波输入下大跨斜拉桥减震控制分析

为了研究行波效应对斜拉桥减震控制效果的影响,以一座大跨斜拉桥为例,建立其有限元模型,计算分析其主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果,并计算了行波输入下斜拉桥的地震反应。半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果,但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大;不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果。考虑行波效应后,半主动控制对于该斜拉桥整体地震反应的控制效果优于始终提供最大阻尼力的被动控制;行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响,但对桥塔抗震有利,并且对三种控制方法的减震效果没有明显的不利影响。     

跨断层隧道设置常规抗减震措施振动台试验研究

针对跨断层隧道洞身段设置抗减震措施开展振动台模型试验研究.通过分析围岩与隧道结构的地震加速度响应、地震动应变反应以及隧道结构的震后破坏形态,对设置减震缝、减震层和无抗减震措施3种情况进行对比研究.结果表明:新型滑动装置在单一模型箱内能够较好地模拟断层错动,从而实现对模型系统的非一致性地震激励;断层错动能够引起隧道结构横断面大范围的破坏,因此跨断层的隧道结构必须设置抗减震措施;减震缝可以使隧道结构发生相对变位以降低结构的地震动应变值;减震层材料的缓冲作用可以削弱隧道结构因受围岩约束而产生的受迫振动,从而降低地震动应变值;减震层的减震效果优于减震缝,但是要充分发挥二者的抗减震作用,还需提高衬砌混凝土的强度;拱肩、拱脚和仰拱是隧道结构抗震加固的重点部位.研究结果有利于隧道结构新型抗减震措施的开发,以及为跨断层隧道结构的抗震设防提供参考.     

永久位移型地震动对建筑隔震设计影响初探

以自振周期大于2s的某实际钢结构建筑为研究对象,分别在设防地震和罕遇地震下,输入含与不含永久位移型地震动,分别计算得到隔震结构和非隔震结构的非线性地震反应。通过对比含与不含永久位移型地震动作用下的上部结构地震反应,进而分析永久位移对该类型建筑隔震设计的影响。结果表明：无论地震动输入是否含永久位移,与非隔震结构相比,隔震结构的层间剪力和倾覆力矩均显著降低,且降低幅度随着楼层的升高而增大;在含永久位移型地震动与不含永久位移型地震动分别作用下,各楼层层间剪力比值与倾覆力矩比值无明显差别,比值基本在1左右;在两类地震动作用下,计算得到的减震系数差别不超过10%;在两类地震动作用下,隔震层支座平均最大拉、压应力及位移相差不大,永久位移型地震动作用的放大效应不明显。     

隧道–土体–地表结构相互作用体系地震响应影响因素分析

为探讨地下结构近距离穿越地表结构时二者之间地震响应的相互影响规律,建立隧道–土体–地表框架结构相互作用体系计算模型,系统研究对该体系地震响应影响显著的参数,具体包括:隧道的直径和埋深、土体的分层特性、框架结构的高宽比及其与隧道圆心的间距、输入地震波特性等。计算分析表明:(1)隧道对体系自振特性影响并不显著,但地表框架结构则显著改变了体系的频率特征;(2)隧道对地表框架结构地震响应的影响主要与隧道的半径相关,较大的隧道半径可阻隔地震波的传播,从而起到一定的减震功能;(3)由于考虑的框架结构质量相对较轻,地表框架结构对隧道地震响应的影响不显著;(4)由于地震波频谱成分及结构自身频率的影响,不同地震波对体系地震响应的影响十分显著;(5)土的分层特性改变了土体的刚度,因而也影响了体系的地震响应。研究成果可为初步定性确定地下结构与临近地表结构地震响应的相互影响提供参考。     

上部建筑物对隧道结构地震响应的影响研究

采用有限元软件ABAQUS,基于一致黏弹性人工边界和波动输入,建立上部建筑物-土-隧道相互作用二维平面应变模型,利用等效线性化模拟土体非线性,输入不同频谱特性的三条地震动,研究了上部建筑物的刚度、层数(高度)、与隧道间距和隧道埋深等因素对隧道地震响应的影响。分析结果表明,上部建筑物的存在对隧道地震响应的影响不可忽视,影响程度可达到30%左右。上部建筑物与隧道的间距、层数(高度)、刚度不同,对隧道地震响应的影响程度也会发生变化。其中间距和层数(高度)影响较大,间距越大,影响越小,当间距与建筑物宽度的比值超过2之后,建筑物的存在对隧道的影响可忽略;建筑物的层数越多、高度越高,对隧道的影响越大,18层时使隧道最大主应力峰值和相对变形的增加较6层时增大了20%~30%。建筑物的刚度对隧道响应的影响较小。在对隧道进行抗震设计时,应考虑上部建筑物可能对其造成的不利影响。     

土层不均匀场地对地震反应的影响

工程场地的土层地震反应分析是地震安全性评价的重要组成部分,其结果为抗震设计及震后灾害评估提供主要依据。本文采用库伦-摩尔模型(Mohr-Coulomb)作为土体的本构模型,以粘弹性边界作为截取土层截面后的人工边界条件,使用Abaqus有限元分析软件对安评报告中的场地进行了二维有限元建模,以springs/dashpots单元模拟粘弹性边界,对场地进行有限元分析,研究土层横向不均匀对土层地震反应结构的影响,并且输入实际地震动,分析场地在真实地震下的响应。结果表明:随着土层介质分界面角度的增加,PGA呈规律变化;当分界面角度大于10°时,其PGA放大系数及加速度反应谱和一维水平成层模型有明显差异。     

不同坡角斜坡动力响应频谱特征研究

 斜坡频谱特征曲线与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近频谱曲线中极大谱比值所对应的卓越频率,就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。以汶川极震区青川狮子梁斜坡为典型实例,根据青川3次余震作用下斜坡不同高程实测地震记录及地脉动测试结果,通过单点谱比法,获得斜坡地震动和地脉动的频谱特征曲线,通过对比分析曲线发现：坡顶卓越频率最小;同时,实测水平地震加速度峰值放大系数随高程增加表现出先减小后增加的“凹型”特征,坡顶的放大系数甚至达到坡底的1.25。如果从斜坡形态因素进行分析,坡顶存在低频但较高放大系数的现象可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关,在比值为0.2时,坡顶放大效应达到最大。为进一步确定斜坡形态对频谱特征影响,利用实测汶川地震卧龙波拟合成多频率地脉动作为动力输入,在FLAC有限差分软件中建立3种不同坡角均质斜坡模型,经动力计算后发现,3种模型坡顶、坡中及坡脚的卓越频率基本一致,该结果与输入单一频率Ricker子波时斜坡动力响应一致,说明斜坡角度改变不会影响斜坡的卓越频率。研究结论有助于增强斜坡自身频谱与动力响应之间关系的认识。     

SH波作用下粘弹性半空间场地土地震反应分析

本文考虑稳态简谐SH波激励下的谐和振动和场地土的材料阻尼,建立弹性动力反平面应变模型,采用一维粘弹性波动理论进行土层地震反应分析,得出基岩运动输入下半空间上覆粘弹性场地土体系的解析解.利用此解来分析SH波激励下粘弹性场地土动力效应,讨论不同场地土的动力特性参数对粘弹性场地土动力效应的影响.土-结构物动力相互作用和材料阻尼对场地土地震反应有很明显的影响,这为工程中的地震场地效应评价、震害分析和结构抗震设计都提供一定的参考依据.     

地震动非平稳性对深覆盖场地地震反应的影响

以上海某深覆盖场地为背景,分别选用普通El-Centro波和长周期HKD123波作为输入,采用正交化HHT方法探讨地震动非平稳性对深覆盖场地地震反应的影响。首先,采用正交化HHT方法分析El-Centro波和HKD123波的局部功率谱,比较这两条波的能量分布情况。然后,采用等效线性波动法求取深覆盖场地的地表反应,并采用正交化HHT法对其进行时频特性分析,比较不同强度的不同类型地震波作用下深覆盖场地的反应差异,以及能量分布的变化情况。结果表明,地震动的非平稳性对深覆盖场地非线性地震反应的影响不容忽视。     

土与一般刚度偏心结构地震动力相互作用的研究

采用极坐标表示楼层任意刚度偏心位置,能更加详细地分析结构各层刚度中心在任意位置的偏心对结构平移-扭转耦合地震响应的影响,另外考虑实际边界条件,即并入土与结构相互作用（SSI）以达到结构整体性能,因而提出了分析土与一般刚度偏心结构地震动力相互作用的基本框架.首先,采用极坐标建立双向地震作用下两层一般刚度偏心结构（GSES）的动力方程（6个自由度）;接着,使用5个自由度土阻抗函数来表征土与一般刚度偏心结构相互作用;最后,建立土与一般刚度偏心结构相互作用（SGSESI）的动力方程,使用SGSESI系统的标准化均方根位移和加速度来分析其地震动力相互作用.通过设置不同的刚度偏心位置,数值研究了在双向地震作用下,考虑SSI的同轴、非同轴刚度偏心对结构平-扭耦合地震响应的影响.     

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明:1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数?谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且?谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的?谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的?谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的?谱谱值明显大于近场地震动作用的?谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。     

深厚软土地层地震破坏的作用机理研究

以福州市区场地软土动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,对福州市区进行了场地地脉动的测试及频谱分析。据此研究了地脉动频谱结构特征及场地土(包括软土)对地脉动的频率响应的特性。结果表明,场地地脉动卓越周期与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;软土层对地脉动的卓越周期有一定放大作用;通过建立场地土覆盖层厚度、剪切波速与地脉动卓越周期之间的相关关系,揭示了场地卓越周期值与场地土覆盖层厚度正相关,随剪切波速增大,场地卓越周期呈现减小的趋势。同时,根据已有对市区高层建筑结构自振周期的地脉动测试结果,结合我国经验计算方法和美国加州近似方法,得到高层建筑结构自振周期的修正近似计算式。最后,研究结果初步揭示了深厚软土地层地震破坏的作用机理,并结合震害案例进一步解释此类场地某些结构物易遭地震破坏的原因。     

考虑波速影响的斜拉桥非一致激励地震响应研究

为研究地震波传播速度对大跨度斜拉桥地震响应的影响,以某主跨跨长406 m的双塔钢箱梁斜拉桥为研究对象,建立动力有限元模型。对非一致地震激励输入方法进行理论分析,对比研究了相对运动法、大刚度法和大质量法的计算特点。通过对视波速无穷大时非一致激励法与一致激励法的计算结果进行对比,校验地震动输入方法的正确性。在此基础上,分别选择天津地震波、El Centro地震波和汶川地震波,根据软土区和岩石区地震波传播特点,对视波速在50~4 000 m·s^-1之间的不同波速工况进行计算。结果表明:波速对斜拉桥地震响应有显著影响,软土区视波速对结构影响更加突出,对位于深厚软土区的大跨度斜拉桥进行行波效应分析时,需要关注结构的内力和位移响应,而岩石区仅需关注结构的内力响应。