单层平面索网幕墙结构的非线性反应谱

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观、构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点,且结构具有一定的几何非线性。在对其进行抗震设计时,基于线弹性假设的振型分解反应谱法可能具有一定的局限。为此,首先推导地震荷载作用下单层平面索网结构的非线性振动方程和非线性频率,其次通过计算该模型在四类场地最不利地震动作用下的结构非线性响应,得到单层索网幕墙结构的非线性反应谱,将其和线弹性单质点的反应谱进行比较,最后通过与地震模拟振动台试验结果的对比,证明结论的正确性。     

单层平面索网玻璃幕墙结构地震反应分析

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观,构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点。作为一种新型结构形式,目前对其地震反应特点和抗震原则缺乏了解。在采用振型分解反应谱法进行单层平面索网结构抗震设计时,会有多阶振型参与结构振动,高阶振型可能也需要考虑,这就需要给出一个选择主要贡献模态的判断标准。此外,单层平面索网玻璃幕墙由脆性材料的玻璃面板和没有明显的屈服台阶和强化阶段的索组成,目前我国抗震规范给出的三水准两阶段的抗震设计对其可能并不适用,需要对其抗震设计原则进行进一步的探讨。     

北京土城电话局单层索网点式玻璃幕墙抗震设计方法分析

单层索网作为点支式玻璃建筑中一种轻柔性支承结构体系,以其良好的通透性和灵活性,近年来赢得了广大建筑师的青睐,在国内外得以普遍应用.且应用前景广阔.而单层索网结构作为一种非线性张拉结构,其结构特性决定了其地震响应和抗震特性不同于一般结构.本文针对其抗震性能研究的空白,结合北京土城电话局单层索网玻璃幕墙抗震设计,对其地震响应及抗震设计分析方法进行了研究.分别利用等效静力法、反应谱法和非线性时程分析法,对其地震响应进行计算,并对这三种方法进行了分析比较,得出了单层索网玻璃幕墙地震响应及其抗震设计方法的相关结论:单层索网玻璃幕墙直接地震响应较小,但变形相对较大,其计算需要采用能考虑几何非线性的时程分析法来计算.本文研究成果可为今后抗震研究和设计提供参考.     

索网结构非线性地震反应分析实用方法

采用现有方法分析索网结构非线性动力反应时,仅能对矩形平面索网结构建立等效单自由度(ESDF)模型,地震作用下,此类结构的响应只能采用时程法进行计算。基于结构整体刚度参数的概念,结合模态推覆分析方法,建立了任意形状索网结构的非线性ESDF模型,该模型刚度特性与Duffing系统相同。采用能量平衡法,导出了索网结构非线性ESDF体系的等效线性刚度ke与位移反应d的关系;结合ESDF体系的等效质量,将加速度-周期(a-T)格式的设计反应谱变换为刚度-位移(k-d)格式;与ke-d关系式联立求解得出ESDF体系的非线性地震反应。该方法在线性设计反应谱的基础上,合理考虑了索网结构的非线性刚化效应。数值算例表明,相对于线性振型叠加反应谱法,该方法具有更好的适用性。     

索网结构在抗风、抗火及抗震方面的设计综述

索网结构是一种新的建筑结构形式,在国内外应用十分广泛。由于其几何非线性的特点,在抗风、抗火、抗震方面的研究成为重点。总结了近年来单层平面索网玻璃幕墙结构的抗风设计、索网结构抗火设计以及单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震设计3个方面的研究成果;并探讨了未来有待进一步研究的问题。     

基于ANSYS的单层索网幕墙结构几何非线性有限元分析

单层平面索网幕墙结构是一种通过对拉索施加预应力,为幕墙结构自身提供刚度,抵抗平面外荷载的结构体系。由于索网结构质量轻,阻尼小,对风荷载及地震荷载所引起的振动作用不容小觑,所以设计时除考虑平面内玻璃自重外,风荷载和地震荷载也应加以考虑。本文基于北京中关村生命科学园项目单层索网幕墙结构设计和施工方案设计,初步拟定设计方案。计算作用于幕墙结构上的荷载,通过ANSYS14.0有限元软件采用更加先进的LINK180单元模拟不锈钢拉索,建立单层索网幕墙结构理论分析模型,充分考虑结构的初应力和几何非线性,对拉索的受力状态及拉索边界连接点的反力进行研究。计算幕墙自重和风荷载标准值作用下索网的挠度,确定产生最大挠度的位置及最大挠度值,依据规范要求,对索网最大挠度值进行验算;在组合荷载作用下,对索网结构中拉索承受的拉力进行计算,分别确定橫索和竖索产生最大拉力的位置和大小,依据规范对拉力值进行验算;计算索网结构与边界连接各点的反力,介绍过载保护器的工作原理及其在单层索网幕墙结构中的应用。通过模型计算结果验证了设计的可行性,分析幕墙结构在设计和施工中要把握的要点及需要注意的问题,对其它类似项目的设计和实施具有借鉴意义。     

单层索网玻璃幕墙与主体结构地震响应的整体分析

点式玻璃幕墙单层索网柔性支承体系将晶莹通透的建筑玻璃和简洁细小的单层索网有机结合,成为建筑与结构设计融合经典.而当前关于单层索网点式玻璃幕墙抗震性能研究甚少,尤其是主体结构对其地震响应的影响.本文针对不同的主体结构和单层索网的耦合模型,对单独索网地震响应研究进行整体分析.分析结果表明:耦合模型的自振特性具有一定的独立局部自振特性;主体结构对单层索网的地震二次输入影响受主体结构和单层索网自振特性的影响,主要表现为二次输入频谱特性和输入幅值的不同;主体结构对单层索网的地震响应较大,可不同程度的放大或者减弱地震作用;主体结构对索网高阶振型具有激发效应.因而对现有规范玻璃幕墙设计不考虑主体结构的做法提出了挑战,为进一步研究主体结构对幕墙的影响提供参考.     

单层索网幕墙结构在高层建筑中的设计与施工

单层索网幕墙在高层建筑中应用已经非常广泛,其结构体系由柔性钢索组成。由于索网的刚度需通过施加预应力获得,其与传统幕墙结构相比具有受力复杂、设计和施工难度较高等特点。通过三个工程实例,介绍了不同的单层索网幕墙结构形式,详细分析了单层索网幕墙结构在设计和施工中要把握的要点以及需要注意的问题,为设计人员在高层建筑结构设计中合理地选用单层索网幕墙结构形式、准确把握索网结构的设计要素、顺利完成主体结构和索网幕墙结构的设计提供参考。     

考虑损伤因素的单层平面索网静力试验研究

在单层平面索网玻璃幕墙建筑的使用过程中,单层平面索网作为支承结构,不可避免地会受到各种损伤。为了研究损伤因素对单层平面索网结构静力承载性能的影响,针对尺寸为4.85m×4.85m的4×4网格索网结构足尺试验模型,分别引入索与索之间连接节点失效、索预应力损失、索锚固端破坏这三种损伤因素,进行静力加载试验研究。试验结果表明:横索与竖索连接节点失效几乎不影响单层平面索网结构的承载性能;索预应力损失时,节点索网平面外位移变化率不超过15%;锚固端破坏对结构局部影响较大,节点平面外位移变化率介于18%～36%;损伤因素对节点平面外位移的影响大于索力;损伤的影响取决于损伤程度和损伤位置;相同损伤对结构的影响程度随荷载增加而减小。     

连体结构中连体桁架选型和幕墙索网的地震响应分析

两侧塔楼之间有索网幕墙的连体结构的连体桁架需满足两侧塔楼变形协调的刚度要求,并为预应力索网提供有效支承。连体桁架水平刚度对整体结构动力特性的影响较竖向刚度更显著。模态和反应谱分析表明,整体结构地震响应分析可不考虑单层预应力索网的作用;需计算单层预应力索网在罕遇地震作用下的变形和内力,以保证预应力索不出现拉断或松弛的失效状况。     

双层索系支承玻璃幕墙结构的抗震设计反应谱研究

广泛应用于大型公共建筑中的双层索系支承玻璃幕墙结构是一种新型结构形式。针对这种结构的研究,以往大多侧重于其抗风性能,而对于其抗震性能的研究较少。针对双层索系支承幕墙结构的特点,构造非线性单质点体系,利用多条最不利地震动记录,采用时程分析法计算该类结构在小震、中震和大震下的加速度反应谱。在此基础上,经过统计、平滑处理,得到适用于双层索系支承玻璃幕墙结构抗震设计的设计地震反应谱和地震影响系数。算例分析表明,采用该反应谱所得到的结构地震响应值与时程分析结果较为接近。     

Response of nonlinear single-degree-of-freedom structures to random acceleration sequences

Current seismic codes specify design earthquake loads as single events. The structure, however, may experience multiple ground accelerations in a short period of time. The evidence from recent earthquakes confirms this scenario. For instance, the 2004 Niigata earthquake consisted of two acceleration sequences. An earthquake of repeated sequences can cause more damage to the structure than a single ordinary event, due to the accumulation of inelastic deformations. However, information on repeated acceleration sequences is currently limited. This paper proposes a simple stochastic model for representing repeated acceleration sequences. Subsequently, the model is used in investigating the response of nonlinear single-degree-of-freedom (SDOF) structures to random earthquakes of repeated sequences. The ground acceleration is represented as a stationary Gaussian random process modulated by an envelope function of repeated character. The structural response is quantified in terms of the input and hysteretic energies, ductility demand, damage indices and failure probability. Numerical demonstrations of the response of nonlinear SDOF systems to acceleration sequences are provided.     

上海浦东国际机场R2钢屋盖模型模拟三向地震振动台试验研究

通过模型试验及其理论分析,测得了Ｒ２钢屋盖的自功率谱及自振周期,分析了它的 振动模态,比较了其在三向地震作用下的加速度反应和位移反应,揭示了Ｒ２钢屋盖结构在单向及 三向地震作用下试验测得、理论算得的地震反应特征和抗震薄弱环节,为评价Ｒ２钢屋盖结构在三 向地震作用下的抗震性能提供了试验数据和理论依据,验证了按我国现行建筑抗震设计规范进行 Ｒ２钢屋盖结构抗震设计的可行性。     

超高层钢结构地震反应谱特征分析

为分析超高层建筑楼面地震反应谱特征,计算了国家金融信息大厦超高层钢结构在不同输入地震动下的楼面地震反应谱。从地震系数、动力放大系数、特征周期和动力放大系数谱谱型4个方面对比了楼面和地面地震反应谱的差别。结果表明:楼面地震系数和楼面动力放大系数最大值分别存在大于和小于地面地震系数和地面动力放大系数最大值的情况,最大相差近1倍;楼面地震反应谱的特征周期均大于地面地震反应谱的特征周期,最大相差60%以上;地面与楼面动力放大系数谱的谱型在某些条件下存在明显不同,楼面动力放大系数谱的第二谱峰值有可能很大,甚至出现接近第一峰值的情况,而地面地震反应谱无此现象;计算楼层附属结构地震作用时,需根据主体结构考虑地震系数、动力系数、特征周期及动力放大系数谱谱型的变化。     

大跨度楼盖步行荷载作用的加速度反应谱研究

基于61人次2 204条实测的步行荷载曲线,提出了计算单人步行竖向荷载作用下大跨度楼盖加速度均方根响应的反应谱。以42m跨矩形板为研究对象,首先得到每条实测步行荷载的反应谱,在此基础上建立设计反应谱的分段表达式：对应于步行1阶主频范围的第1平台段（1.5~2.5Hz）、对应于步行2阶主频范围的第2平台段（3~5 Hz）,以及对应于步行高阶频率的曲线下降段（5~10 Hz）。给出了2个平台段不同保证率的代表值计算方法和下降段的数学表达式。进一步研究了高阶振型、边界条件、计算跨度等因素对反应谱的影响,并给出了对应的修正方法。给出了建议反应谱的使用步骤,并应用于4个实际楼盖结构。对比分析表明,楼盖的实测响应接近或略大于反应谱75%保证率的计算结果,但均小于95%保证率下的计算结果,所建议的反映谱方法可用于计算单人步行荷载作用下大跨楼盖的加速度响应。     

地铁车站接头结构振动台模型试验及地震响应的三维数值模拟

先简要介绍了地铁车站接头结构振动台模型试验,然后利用有限差分软件FLAC3D对试验进行了三维数值拟合分析。建立的三维数值计算模型包括:计算范围与模型箱尺寸一致,采用Davidenkov模型描述模型土的非线性动力特性,对边界条件采用加速度条件模拟。计算得到了车站结构模型和区间隧道模型的加速度响应、土–结构间的动土压力值以及结构模型的动应变值。计算结果与实测结果吻合较好,验证了建立的数值计算模型是合理的,拟合分析结果是正确的,从而可为建立软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。     

滑移隔震结构的动力特性及地震反应

提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型;利用Poincare映射法研究地面谐运动下滑移隔震结构的周期响应,并发现结构将表现为对称性破裂分叉、振幅跳跃、基底爬行等非线性特征;利用高精度的精细时程积分法,计算滑移隔震结构的地震响应,绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱;对计算实例的分析发现,地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别.     

大断面隧道支护结构地震反应特性分析

从围岩-支护结构-地震相互作用研究思路出发,利用ADINA非线性有限元软件,通过大断面隧道施工力学及瞬时动力时程分析,研究隧道支护结构在水平(Ya)、纵向(Za)及水平-纵向(YZa)不同地震加速度作用下的位移、应力反应特性.结果表明,水平地震加速度对支护结构的水平位移、最大主应力、加速度和速度影响大,纵向地震加速度对纵向位移、有效应力、最大及最小主应力、最大剪应力、加速度和速度影响都大.在Ya=0.191 g、0.440 g或Za=0.141 g及其YZa共同作用下,大断面隧道初期支护遭到破坏,二次衬砌局部损坏;在Ya=0.440 g或Za=0.326 g及其YZa共同作用下,隧道二次衬砌遭到损坏;在Ya=0.880 g或Za=0.652 g时,隧道支护结构可能会遭到严重破坏.     

地铁车站结构振动台试验及地震响应的三维数值模拟

利用FLAC3D对典型地铁车站结构振动台模型试验进行三维数值模拟,所建立的计算模型包括:(1)计算区范围与模型箱尺寸一致;(2)采用Davidenkov模型描述模型土的非线性变形特性,而结构模型采用弹性模型;(3)由于不考虑模型箱在振动过程中的变形,因此动力边界条件取为加速度边界;(4)地震荷载的输入与试验时地震波输入一致。计算结果包括模型土和车站结构的加速度响应规律、车站结构的动应变以及土–结构间的动土压力。计算结果与振动台试验结果吻合较好,说明采用的方法能较好地模拟模型土的动力特性,反映车站结构的动力响应及土与地铁车站结构间动力相互作用的规律。该研究工作能为建立典型软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。     

Earthquake proof efficacy of Velocity and Displacement Dependent Hydraulic Damper (VDHD) for R.C. structures

The objective of this research is to study whether a Velocity and Displacement Dependent Hydraulic Damper (VDHD) will provide effective damping without increasing the acceleration response of a reinforced concrete structure during an earthquake before the yield strength is reached. The study also includes whether this device will provide hysteretic energy after the yield strength is reached to effectively lower the structural displacement reaction. The efficiency of VDHD is confirmed using a nonlinear numerical model developed by the authors for carrying out numerical analyses of three dampers, i.e. Viscous Damper (VD), Bulking Resistant Bracing (BRB) and VDHD, to study the response of structures excited by earthquake and to compare model parameters based on their seismic performance. The results indicate that when a reinforced concrete structure is subject to near‐fault earthquake for various durations, VDHD has a better structural displacement response capability than either VD or BRB with a medium efficiency to suppress the acceleration response between VD and BRB. These observations conform to the theoretical predications thus verifying the capability of VDHD to lower the displacement and acceleration responses of a reinforced concrete structure during earthquake. The results presented in this paper illustrate the earthquake resistant capacity of VDHD to protect reinforced concrete structures. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.