旋转型三维隔震体系试验研究及动力响应分析

为深入研究旋转型三维隔震体系的受力性能及隔震效果,建立了其考虑摩擦因素的竖向刚度计算方法,提出了包含初始承载力的竖向滞回模型,并给出了关键参数的计算式。对隔震支座模型进行了竖向压缩拟静力试验,在此基础上进行了力学参数相关性分析,得到摩擦系数与倾斜角度对竖向性能的影响规律。最后对使用该隔震体系的核反应堆厂房进行水平及竖向地震荷载作用下的动力响应分析,比较结构在基准地震、安全停堆地震、超设计基准地震下的地震响应,发现隔震层及上部各楼层加速度响应均有显著减小。进一步得到了厂房内部关键节点的加速度反应谱,发现该体系可将核反应堆厂房隔震结构设计地震动峰值加速度由0.3g提升至0.6g,可有效地增加核电厂选址范围。     

Seismic retrofit design and risk assessment of an irregular thermal power plant building

Electric power system is one of essential lifeline systems for an urban community. An actual power plant building with typical coal‐fired power generation process is selected to be studied in this paper. The detrimental impacts on the seismic performance of the structural system induced by heavy coal bunkers and irregular bracing configurations are expected to be mitigated by using retrofit strategies. A total of three retrofit design schemes that employ the isolation and supplemental damping techniques are developed. The original design scheme of the actual thermal power plant building that adopts steel special concentrically braced frame as lateral‐force resisting system is used as benchmark for comparison purposes. Nonlinear response‐history analyses are performed, and the obtained seismic responses are compared. To better quantify the benefit of the considered retrofit strategies, seismic risk in terms of probabilities of exceeding designated damage states as well as the downtime are analyzed. For the studied thermal power plant building, the results show that the added damping system is more effective in seismic risk reduction than the isolation for heavy coal bunkers. Compared to the original structural system design, the use of supplemental damping system cut the downtime of the thermal power plant building at most 42%.     

核电站应急指挥中心隔震设计及地震响应分析

为探讨隔震技术在核电工程的应用,对某核电站应急指挥中心进行隔震设计及相应分析:对隔震层的方案进行详细的阐述,包括隔震支座的选型及布置;建立应急指挥中心的有限元模型并进行非线性动力反应分析,探讨结构在地震作用下的动力特性、加速度反应和位移反应。分析表明:通过隔震层的变形吸收地震的能量,可以显著降低上部结构的地震反应,结构的减震效果达到70%左右,隔震效果明显,提高了应急指挥中心的抗震裕量,可以有效保护应急指挥中心的人员、设备和系统的安全,从而提升核电站震后应急能力。分析研究成果对隔震技术在核电领域的推广应用有一定的积极意义。     

钢筋混凝土框架加层隔震设计方法与应用研究

根据高位层间隔震结构的动力特性及地震反应特点,借鉴基础隔震结构设计方法及相关规范,提出一套适合钢筋混凝土框架加层隔震结构的设计方法,并以一个工程实例来说明设计要点与步骤,以方便设计人员了解与掌握。     

Control of seismic response of piping systems and components in power plants by base isolation

Standard approaches to the aseismic design of piping systems and components for power plants — such as the floor spectrum method — are costly and neglect equipment-structure interaction. Such interaction has recently been shown to be severe when the natural frequency of a component is close or equal to one of the natural frequencies of the primary structure — a situation referred to as tuning and one almost certain to occur in a large structural system. A base isolation system is described that has been demonstrated to reduce dramatically the accelerations induced in structures under earthquake motion. A series of further experiments is described in the paper; this experimental work demonstrates that the response of equipment in structures so isolated is also greatly reduced. Thus, sensitive internal equipment can be protected directly from seismic attack; interaction need not to be considered and inelastic analyses need not be performed during the design process. Due to rigid body action of the primary system above the base isolation system, multiple support response spectra design methods are not needed. It is anticipated that the use of base isolation will reduce the cost of the design and construction of power plant components, piping systems, and structures.     

核电站不同结构模型的比较教学研究

应用结构隔震减震技术减小核电站的地震响应,培养学生结构创新能力和兴趣。以某AP1000核电站屏蔽厂房为例,应用比较教学方法,比较传统非隔震模型、基础隔震模型、基础隔震—调谐质量阻尼(TMD)模型和TMD模型的地震响应,表明隔震减震技术可以大幅度提高核电站抗震安全性。本研究对结构抗震课程的隔震减震教学具有参考价值。     

基础隔震结构参数优化分析

本文采用简化的两质点模型建立基础隔震结构的振动方程,通过分析各质点位移传递函数的幅频特性,提出了隔震层阻尼比及刚度系数的优化方法,并给出了实用的参数计算公式。以某7层框架基础隔震结构为例进行数值仿真分析,结果表明,提出的基础隔震结构参数优化设计方法能同时有效降低主体结构的地震响应及隔震层的层间位移。     

基于振动台试验的火电厂主厂房减隔#br# 震体系抗震性能研究

燃煤火力发电是目前主流发电形式之一。文章基于一实际火力发电厂主厂房结构,对其结构布置不规则与重型煤斗引起的质量不规则特点,采用煤斗隔震与附加金属消能器技术,发展了该火电厂主厂房的减隔震结构体系。为考察该火电厂主厂房减隔震结构体系的抗震性能,设计1∶10缩比试验模型并开展振动台试验。分析结构层间位移响应、楼层加速度放大系数、隔震层与消能器耗能损伤情况,试验结果表明：试验模型的层间位移角响应满足规范位移限值要求,煤斗设备隔震和附加消能器有效发挥耗能作用,保护结构构件不发生损坏。     

Multi-objective fuzzy control of smart base isolated spatial structure

Base isolation systems are used widely to reduce the dynamic responses of structures subjected to a seismic load. Recently, research has been conducted actively on smart base isolation systems that can effectively reduce the dynamic responses of isolated structures without accompanying increases in the base drifts. On the other hand, control performance of smart base isolation systems for spatial structures has not attracted significant attention. This study examined the dynamic response reduction capacity of a smart base isolation system for a spatial structure subjected to seismic excitation. MR dampers and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system, and its vibration control performance was compared with that of the optimally-designed, lead-rubber bearing (LRB) isolation system. A fuzzy controller was used to effectively control the spatial structure with a smart base isolation system. The dynamic responses of the spatial structure with an isolation system conflicted with the base drift. Therefore, these two responses were selected as the objective functions to apply a multi-objective genetic algorithm to optimize a fuzzy controller. The numerical simulation results showed that the smart base isolation system proposed in this study can reduce drastically the base drifts and seismic responses of the example spatial structure compared to the optimally designed LRB isolation system.     

某隔震桥梁非线性地震反应分析

随着隔震技术的广泛研究,许多桥梁结构采用了隔震技术。基于隔震桥梁的设计特点,利用连接单元来模拟隔震支座的非线性性能及作用,对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行了研究;采用结构分析软件ZEUS-NL,结合算例分析得出了隔震桥梁震害及上部结构扭转的原因,为隔震桥梁的设计提供参考依据。     

智能隔震结构能量响应初步分析及控制效率评判

本文采用能量响应的观点揭示被动和智能隔震体系的减震机理,评判采用三种不同控制算法时智能隔震结构的控制效果。采用解析手段,导出了被动和智能隔震体系的累积能量平衡方程和结构瞬时能量传递的定性关系,揭示智能隔震在抑制结构能量响应方面的优势。在对能量传递取得定性认识的基础上,选用几个主要的能量响应指标,对被动隔震与智能隔震的能量响应进行分析,并对比采用三种不同控制算法的智能隔震结构能量响应规律。文末选用本文作者承担设计过的一个实际隔震工程作为算例,分别比较了输入两种不同地震波和两种不同地震强度水准时各种算法的控制效果。结果表明,本文作者建立的序列最优控制算法能更有效地抑制能量响应,再次显示了该算法综合性能优于现有两种结构最优控制算法。     

拟负刚度磁流变智能隔震系统振动台试验研究

为研究拟负刚度控制算法及磁流变智能隔震系统的有效性和适应性,将自主研发的最大出力为10kN的磁流变液阻尼器(MRFD)安装在隔震层中心,并选取4条有代表性的远近场地震波,峰值加速度由0.1g~0.9g逐步增大,分别对普通隔震结构、输入电流为0A和1A的被动控制结构以及采用基于位移的拟负刚度(DPNS)控制算法的智能控制结构进行振动台试验。通过对结构响应和阻尼器响应的对比分析,研究拟负刚度控制算法的减震效果和磁流变智能控制系统的耗能特性。结果表明：恒定电流为0A的被动控制可同时降低上部结构反应和隔震层位移,但是减震效果有限;恒定电流为1A的被动控制对隔震层位移降低效果明显,但是在多遇地震及远场地震作用下放大了上部结构反应;DPNS控制可同时降低隔震层位移和多遇、设防地震甚至罕遇地震作用下上部结构的反应,且适应于不同的地震动特性;试验中控制系统存在的时滞效应使得DPNS控制力在多遇、设防地震作用下具有较小值,同时罕遇地震作用下具有较强的耗能能力。     

基于概率的单自由度体系震后残余变形计算

准确预测结构的震后残余变形,对于结构震后性能控制及建立考虑可修复性的抗震设计方法具有重要意义。通过对不同参数的双线性单自由度（SDOF）体系分别在100条标准地震动输入下弹塑性地震反应的统计分析,研究了模型参数和地震动不确定性对SDOF体系残余变形和最大弹塑性变形的影响;建立了双线性SDOF体系震后残余变形的概率计算模型。结果表明：不同地震动输入下SDOF体系的残余变形与最大弹塑性变形之比（dR/dm）存在明显的离散性,且离散程度与结构的刚度比、自振周期、相对屈服荷载系数及峰值地面加速度相关;dR/dm的统计分布规律服从对数正态分布,基于该分布函数建立的计算模型可对给定超越概率条件和地震水平下SDOF体系的震后残余变形进行预测。通过典型算例分析认为,可以采用所建议的模型进行SDOF体系震后残余变形分析及可修复性评估。     

昆明某小区住宅楼隔震结构设计

该文主要介绍了昆明某住宅小区采用隔震技术时的隔震结构方案选取、隔震支座选取及布置、地震波选取、结构减震系数确定等,并采用时程分析法对隔震结构的地震反应进行了分析计算,按照规范要求对该住宅楼做了隔震设计。借助有限元软件Etabs及Satwe软件对该抗震剪力墙结构住宅楼进行了隔震和非隔震动力特性分析研究,分析结果表明隔震结构延长了结构的周期,使结构的加速度反应大大减小,隔震结构在大震作用下基本上处于弹性工作状态。以期为今后的隔震结构分析、设计工作提供一定的经验和参考。     

基础隔震结构竖向地震反应试验研究

通过模拟地震振动台试验,研究了基础隔震结构的竖向地震反应特点.首先通过对不同支座的竖向力进行比较可知,基础隔震结构在遭遇水平地震波时,位于支座布置平面中非对称轴的支座处可能产生较大的竖向反应;其次对隔震结构和非隔震结构的竖向地震反应进行对比分析可知,基础隔震结构对于竖向地震动的隔震效果不明显.因此竖向地震动对结构的作用不可忽视,在进行基础隔震结构抗震设计中应加以关注.     

Response of an isolated cable-stayed bridge under bi-directional seismic actions

This paper investigates the effectiveness and limitations of seismic isolation for the earthquake protection of a cable-stayed bridge under bi-directional seismic actions. A simplified lumped mass finite element model of the Quincy Bay-view Bridge at Illinois is developed for the investigation. The deck of the bridge is isolated from the towers by using elastomeric and sliding isolation systems. For the non-linear isolation systems, the interaction between the restoring forces in two orthogonal horizontal directions is duly considered in the response analysis. The seismic response of the bridge is obtained by solving the governing equations of motion in the incremental form using an iterative step-by-step method. A parametric study is also performed by varying important parameters of the isolation systems. The seismic response of the isolated cable-stayed bridge is compared with the corresponding response of the bridge without isolation systems. The results of the investigation indicate that the peak base shear response of the towers and deck accelerations are significantly reduced by the isolation. The displacement response of the hysteretic isolation systems is found to be increased when the bi-directional interaction of the bearing force is considered in the response analysis. Furthermore, it is also found that the response of the bridge is significantly affected by the variation in the parameters of the isolation systems.     

滑动摩擦支座隔震桥梁地震反应分析

多滑面摩擦隔震支座具有刚度和阻尼的自适应性,在基于性能的桥梁抗震设计中有广泛的应用前景。本文以某近海连续梁桥为工程背景,考虑海洋软土条件,应用p-y法模拟桩-土相互作用,通过单摩擦摆（FPS）串联组成多滑动面摩擦摆支座（MFPS）模型,并建立全桥有限元模型。采用反应谱法和快速非线性分析（FNA）两种方法,对设置单滑面摩擦摆支座和多滑面摩擦摆支座的两种不同支座的隔震桥梁体系进行地震响应分析。对比分析两种方法得到的两种隔震桥梁结构的支座滞回性能和墩底剪力等的地震响应规律。研究结果表明,两种支座均具有较好的隔震效果,采用MFPS支座的桥墩的地震响应比FPS支座有所减小,且具有较大位移能力。     

大平台多塔楼新型隔震体系的智能磁流变控制

本文将隔震技术应用到大平台多塔楼结构中,研究了这种新型隔震体系的抗震性能,并将磁流变(MR)阻尼器设置于隔震层,探讨了这种新型隔震体系智能磁流变控制的减震效果.文中以北京通惠家园某典型小区为研究对象,建立了大平台多塔楼新型隔震减震体系的运动方程,考虑了隔震支座的非线性.本研究中MR阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,其主控制器采用H2/LQG方法来设计.仿真分析结果表明,这种新型隔震体系可以有效地减小上部住宅结构与下部平台的地震反应,为提高大平台多塔楼结构的抗震安全性提供了一条崭新的途径.采用MR阻尼器与这种新型隔震体系相结合可以进一步减小隔震结构下部平台的地震反应与隔震层的非线性反应,提高这种新型隔震体系的抗震安全性.     

基于多性能指标的轻木-混凝土混合结构层间隔震

鉴于上木下混结构在地震作用下具有明显的鞭梢效应,为了减轻震害并传承斗拱的构造特征,提出了一种新型木制隔震装置,将其应用于上木下混结构,形成层间隔震体系。通过该隔震装置的静载及拟静力试验,确定其性能参数及耗能能力; 将木制隔震装置应用于上木下混结构进行层间隔震,并采用多质点动力模型进行地震响应分析,验证其隔震效果; 基于上部结构相对侧移、底部结构加速度及底部剪重比3个性能指标,建立三质点模型,并进行参数优化设计,确定木制隔震层的关键参数区间。结果表明:该隔震装置具有足够的竖向承载力和耗能能力,应用于上木下混结构具有潜在的工程应用价值; 该装置应用于木混结构中,在多遇地震作用下,减震效果不明显; 在罕遇地震作用下,隔震支座产生了充分的滑移,并进入二次变形阶段,滞回曲线饱满,耗能充分; 基于多性能指标的参数优化设计可有效控制上下部结构的地震反应,当隔震层最优频率比在0.2～0.4区间,最优阻尼比根据频率比的不同在0.15～0.4之间确定,可以达到良好的隔震效果。     

矮墩大跨连续梁体系桥纵向减隔震设计

以上海大治河桥为实例,分析了矮墩、大跨连续梁体系桥的结构动力特性与地震易损性一般规律。重点探讨了矮墩、大跨连续梁体系桥的纵向地震响应规律与合理抗震设计,并指出了该类桥梁不适宜按延性抗震进行设计。按结构纵向约束要求,提出了采用E型软钢阻尼器组的减隔震设计方案,并给出了具体的设计参数。从非减隔震设计与减隔震设计方案的结构抗震性能对比分析结果可以看出,减隔震设计体系可以有效缓解纵向固定墩支座、墩身以及基础地震惯性力大、构件能力匹配关系难以满足能力保护设计的特点,是矮墩、大跨连续梁体系桥纵向抗震体系的理想解决方案。