钢框架-混凝土核心简混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标。文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律。分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础。     

钢混框剪高层结构地震能量分布及耗散研究

为了研究复杂建筑结构在地震作用下地震能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理和Perform 3D软件对钢筋混凝土框架 剪力墙高层结构模型进行了动力弹塑性能量时程分析,得到了框剪高层结构在罕遇地震作用下地震能量的输入、分布及耗散规律;考察了地震动特性对钢混框剪高层结构地震能量输入及分配的影响,确定了地震耗能占输入能的比例时程;分析了结构阻尼比和结构延性对框剪高层结构地震输入能、阻尼耗能和滞回耗能及其耗能比例的影响规律,确定了阻尼比对滞回耗能和延性比对阻尼耗能的交互影响;研究了框剪高层结构地震滞回耗能沿结构竖向分布和沿横向构件内部分配的规律,确定了竖向刚度分布对结构地震滞回耗能的影响;揭示了钢混框剪高层结构地震输入能量及其分布规律。所得结论可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在复杂钢筋混凝土高层建筑结构实际工程中的运用提供参考。     

高层混合结构滞回耗能分布规律的研究

本文采用10条不同类型地震波对11个周期不同的高层混合结构进行地震能量分析,以研究结构参数以及地震波参数对结构滞回耗能层间分布系数的影响.研究表明,高层混合结构的主要滞回耗能区域在剪力墙底部,钢框架基本不参与滞回耗能;滞回耗能在高层混合结构中的层间分布主要受到结构自振周期和地震波强震持时的影响,底层剪力墙承担滞回耗能的比例随结构自振周期或地震波强震持时的增大而降低;通过参数分析获得了反映周期以及强震持时影响的滞回耗能层间分布系数的简化计算公式.     

基于能量反应谱的抗弯钢框架结构能量计算

基于能量的抗震性态设计方法需要合理估计实际结构的地震动输入能量及滞回耗能,以近场、远场地震动记录各6条作为输入,建立两组地震动总输入能及滞回耗能的等效速度谱,提出根据能量反应谱估计多自由度体系能量的计算方法。采用弹塑性时程分析法对3个不同层数的钢框架算例评估能量计算方法的合理性。结果表明:基于能量反应谱计算多自由度体系总输入能及滞回耗能的方法精度良好,结果可靠。对高层结构或结构遭受对高阶振型敏感的地震波,建议按该方法考虑高阶振型所携带能量。     

近远场地震动对单自由度体系滞回耗能需求影响研究

为研究地震荷载作用下弹塑性单自由度体系的滞回耗能需求,分别输入多条不同的近远场地震动记录,进行单自由度体系的滞回耗能时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下单自由度体系的滞回耗能需求存在明显差异,近场地震动对体系滞回耗能需求要求更高。提出了单自由度体系的滞回耗能速度谱的概念,并分别从地震动特性和结构自身特性两方面分析不同参数对滞回耗能速度谱的影响。研究表明,近远场、地震动的强度、场地条件对体系的滞回耗能需求有明显影响,单自由度体系的阻尼比对滞回耗能速度谱有明显影响。研究结果为更好地在结构设计中考虑地震动特性及实现基于能量的结构抗震设计思想提供了依据。     

高层斜交网格-RC核心筒结构地震反应能量分析

选用一定数量的地震波,采用PERFORM-3D有限元分析软件对5个不同结构特性的高层斜交网格-RC核心筒结构进行弹塑性时程分析,分析了此类结构在水平地震作用下总输入能在各能量项的分配规律;结构滞回耗能与结构参数以及地震动参数的关系;以及滞回耗能在构件和层间的分布规律。研究表明:结构滞回耗能和阻尼耗能为结构输入能量的主要耗散形式;不同地震波类型对结构滞回耗能影响较大;结构等效刚度比对结构总滞回耗能影响较小,然而对滞回耗能在各构件中的分配规律影响较大;结构滞回耗能主要为斜柱和连梁的塑性耗能,斜柱和连梁为关键耗能构件;斜柱及剪力墙耗能主要集中在底部楼层,而连梁耗能分布范围较广。     

基于能量指标的高层钢结构动力弹塑性抗震能力研究

能量参数作为结构抗震性能的重要指标,因结构滞回耗能和损伤机理的复杂性而较少被研究或仅对SDOF系统进行能量反应分析;然而,真实的结构是多维空间体系,结构构件在空间上具有协同工作的特点,将低维条件下的研究成果推广到更高维的层次上有一定的局限性。针对该问题,基于能量分析方法,研究了1个3×6跨、18层、高55m的高层钢结构在多维地震荷载作用下的抗震性能。明确结构各种能量成分占总输入能的比例关系、结构的极限耗能能力、层间滞回耗能分布规律、结构的损伤(塑性铰)分布,并讨论了不同加速度峰值下瞬态滞回耗能、滞回耗能幅值谱和由能量分析获得的结构等效阻尼比等诸多参数。基于能量指标的分析方法较好地反映地震荷载作用下结构的抗震性能。     

基于能量及损伤的主余震地震动对超限高层结构抗震性能影响研究

以第一周期为8.57s的某超限高层框架-核心筒建筑结构为研究对象,选取7条实际长周期主余震序列型地震动,并与单主震地震动一起作为输入样本,通过有限元软件PERFORM-3D对结构进行非线性动力时程分析;着重从结构整体、楼层滞回耗能情况及构件材料损伤等反应量角度来研究主余震地震动对超限高层建筑结构抗震性能的影响。研究结果表明,相对单主震地震动,结构在主余震地震动作用下整体滞回耗能增幅最大达到31.34%,楼层滞回耗能增幅最大可达到45.71%;同时余震地震动作用会使结构中构件损伤逐步累积过渡,导致部分构件转变为严重损伤状态。因此,对于超限高层建筑结构,仅根据现行规范或超限高层建筑专项审查研究超限高层在单次主震地震动作用下的抗震能力并不能很好地评估结构的抗震性能,建议对超限高层建筑结构进行非线性动力时程分析时补充余震地震动作用的影响,从而全面、安全可靠地评估超限高层建筑结构的抗震性能。     

基础隔震结构地震能量分布及耗散研究

为了研究隔震结构在不同特性地震动作用下能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理,利用抗震非线性软件perform3D,对近场和远场地震动作用下隔震结构和非隔震结构地震响应进行了对比分析,得到了隔震结构和非隔震结构在多遇、设防及罕遇地震下地震能量的输入、分布及耗散规律。研究表明:近场地震动作用对隔震结构耗能形式影响较大,且其对两种结构产生的滞回耗能比例更大;滞回耗能沿结构竖向呈现上小下大的分布规律;结构构件刚度变化对构件滞回耗能影响较大。     

基于变形和能量的低烈度区超高层建筑抗震性能分析

介绍地震能量分析基本原理,采用非线性分析软件PERFORM-3D对6度区的某超高层建筑进行了大震作用下的动力弹塑性时程分析,研究了结构塑性变形分布规律、能量总输入与耗散分布特征以及构件间滞回耗能分配等问题,从整体结构和局部构件两个层面评价了结构的抗震性能。研究结果表明,能量分析反映了地震动持时特性对结构的影响,可以作为基于变形的抗震性能分析的较好补充;低烈度区结构在大震作用下进入塑性程度不高,能量耗散主要由阻尼耗能完成,滞回耗能主要由框架梁和跨高比大于2.5的连梁完成。     

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应对高层钢结构地震反应的影响

为考察近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动对高层钢框架结构地震反应的影响,选择具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作为输入,利用SAP2000软件对一座20层平面钢框架进行非线性时程分析。计算结果表明,含滑冲效应和向前方向性效应的脉冲地震动主要激发结构基本振型反应,而无速度脉冲的地震动能够激起结构的高阶振型反应,而且,脉冲型地震动的结构破坏作用远强于无速度脉冲地震动。最后,引入了单自由度体系的能量耗散系数,从能量耗散和高阶振型影响的角度对钢结构动力反应计算结果和损伤破坏状态给出了合理解释。     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

Earthquake response control of a super high‐rise structure subjected to long‐period ground motions via a novel viscous damped system with multilever mechanism

A novel viscous damped system and its principles are proposed in the paper. It is a novel viscous damped system with multilever mechanism that can improve the energy dissipation capacity of conventional viscous dampers. In order to compare the damping effects of the novel viscous damper with that of the conventional viscous damper, a shaking table test of a three‐story steel frame structure is performed. Testing results indicate that the novel viscous damped system is more efficient. The elastic time‐history analysis of a super high‐rise frame‐core tube structure is studied under the frequently occurring earthquake. Dynamic loads take two groups of ground motions with different period characteristics into account. Main response values such as base shear, interstory drift, and acceleration factor under long‐period ground motions are apparently larger than the seismic results due to standard ground motions. Responses between the undamped structure and the damped structure with conventional viscous dampers or the latest products are compared. It is concluded that the proposed viscous damped system can perform more effectively in reducing high‐rise structural responses subject to long‐period ground motions.     

双向地震动输入方法对结构时程分析反应的影响

采用时程分析法进行结构反应分析时,若需要考虑双向地震动输入,通常先按照规范要求选择一定数量的单向地震动,然后将这些地震动和相应的另一正交方向的地震动分量组合作为双向地震动。若按照GB 50011—2010中要求,同时对两个方向的地震动进行筛选,则很难选出足够数量的地震动。仅控制了一个方向的地震动反应谱与设计反应谱统计意义上相符,常会导致结构地震反应统计离散性较大。为此,提出一种对两个方向的地震动均进行控制的双向地震动选择方法,该方法可以快速地选出足够数量的符合要求的双向地震动。以多、高层钢筋混凝土框架结构为例,通过对比常规和本文方法所选双向地震动输入下结构反应的差异验证了所提方法的有效性。以70组大样本地震动输入下结构的弹性和弹塑性地震反应为基准,对比了不同地震动输入样本容量时分析结果保证率的差异,并根据对比结果给出弹性和弹塑性时程分析时地震动输入样本容量的建议取值。     

Seismic response of buildings with energy dissipating systems built in soft soils

A parametric study of buildings retrofitted with metallic yielding energy dissipation devices built on soft soil sites is presented. Buildings with 6, 15 and 30 stories are analyzed as representative of low-, mid- and high-rise buildings. Emphasis is placed on parameters controlling the strength and stiffness of the structure and energy dissipation devices. Response history analyses are performed using narrow band ground motions representative of typical motions in very soft soil sites. It is shown that the seismic response is strongly influenced by the ratio of the inter-story stiffness in the frame to the inter-story stiffness of the energy dissipation device support framing system and by the ratio of fundamental period of the structure to predominant period of the ground motion.     

近断层地震地面运动的能量与位移延性需求

针对脉冲型近断层地震动考虑了位移延性和阻尼因素对结构输入能量谱的影响,指出输入能量谱是表征地震动累积破坏能力的稳定指标,分析了地震动输入能量和单自由度结构响应最大位移之间关系,提出了等效速度比的简化解析表达式．基于Park-Ang双参数损伤模型分析了损失指标和最大位移延性之间的关系,并和文献[12]建议公式进行了比较,指出对于确定的损伤指标,近场地震动相对集中的能量输入会导致更高的位移变形需求,和相对较小的累积损伤需求。因而有必要考虑增强结构瞬时耗能能力以减小其变形。     

近断层/远场地震动作用下隧道结构易损性研究

以川藏铁路线控制性工程——折多山隧道为研究对象,建立隧道动力时程分析模型.结合场地地震动设计反应谱,选取近断层脉冲型地震动及远场地震动记录,用于增量动力分析隧道工程结构的抗震性能水平.初步探讨适用于隧道结构的地震动强度指标IM,分析不同特征部位隧道结构易损性,对比分析近断层脉冲型地震动及远场地震动作用下隧道结构的地震易...     

远场长周期地震动有效峰值对高层RC框架结构 弹塑性响应的影响

为研究远场长周期地震动对高层结构地震响应的影响机理,分别选取10条长周期地震动与10条普通地震动,并根据中国现行抗震设计规范设计某高层RC框架结构,采用ABAQUS软件建立有限元模型进行计算分析。首先,对比分析长周期地震动与普通地震动作用下的结构响应特征; 然后,基于经验模态分解(EMD),将长周期地震动分解为包含不同频域信息的本征模态函数(IMF)分量,并依次去掉各IMF分量后将剩余分量叠加重构成新的地震动,通过对比每条新地震动与原始地震动作用下的结构响应,分析各IMF分量对结构弹塑性地震响应的影响程度。结果表明:长周期地震动作用下高层结构的各地震响应均大于普通地震动; 与结构自振周期接近且峰值较大的IMF分量对地震响应影响较大,第1个高频IMF分量具有降低结构响应的有利干扰作用; 长周期地震动的有效峰值和有效峰值率显著大于普通地震动,从而初步揭示了长周期地震动作用下高层结构的地震响应大于普通地震动的内在机理。     

Seismic responses of high-rise structure under multiple-component ground motions

In this paper, we studied the responses of high-rise structures under the multiple-component ground motions, such as horizontal; coupled horizontal and rocking; and coupled horizontal, vertical, and rocking ground motion. First, the principle and process of obtaining the rotation component by using wavelet analysis are explained, and the rocking ground motion was obtained by wavelet analysis from translational ground motions. The correctness of this method was verified by shaking table tests. Next, the shaking table tests were performed on the scale model of a high-rise TV tower under the horizontal, multiple ground motions. Under multiple ground motions, the amplitudes of the displacement and the acceleration increased to a certain extent, and the increased range of the acceleration was relatively larger. In addition, the displacement time-history curve with the rocking ground motion showed an asymmetric offset. Subsequently, the dynamic equation of a high-rise structure under the multiple ground motions was established, and the additional second-order effect of the rocking ground motion was also considered. The results of the dynamic equation were well consistent with the shaking table test results, which verified the rationality and the accuracy of the dynamic equation. Besides, the result from the theoretical calculation and test indicated that the additional second-order effect with the rocking ground motion that led to the ground tilting should not be ignored. In the last part, the elastic–plastic properties of the structure under the horizontal and rocking ground motion in the rare earthquake were analyzed. The displacement of the structure with the rocking ground motion increased significantly at the elastic–plastic stage, and the asymmetry deviation degree of the displacement and restoring force–displacement trend of the structure were more significant, which would impact the dynamic stability of the structure and even increase the possibility of structural collapse.