高层建筑结构长周期地震反应的比较研究

目前,对长周期地震动衰减关系和长周期反应谱的研究尚不成熟,对长周期地震动作用下高层建筑结构的地震响应研究还比较少.从地震记录库中寻找出三条比较典型的长周期地震波,对比分析了长周期地震波与普通地震波的时、频特征;在此基础上,利用有限元计算分析软件并采用时程分析法对一个高层建筑结构模型在这两类地震波作用下的地震响应进行了比较研究.结果表明,长周期地震波作用下高层建筑结构的基底剪力、位移响应值和加速度响应值均大于普通地震波作用下的结果,而且长周期的高层结构是受位移控制的.     

长周期地震动的场地效应与大跨桥梁结构的动力响应分析

对长周期地震动作用下大跨桥梁结构的地震反应作了研究分析。首先,选用两条典型的基岩长周期地震波,进行频谱特性分析;然后,以基岩长周期地震波作为输入,对一场地土层进行了长周期地震反应分析,获得其地表面的地震动响应时程,并以此地震动时程作为输入,对某大跨度桥梁结构进行了动力响应分析。结果表明,长周期地震波作用下桥梁结构基底反力及主要截面内力的最大值均大于普通地震波作用下的结果,地震波行波输入对桥梁结构主要截面内力产生较大的影响。     

高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应分析

将地震波进行经验模态分解(EMD)求得固有模态函数(IMF)并做希尔伯特-黄变换,求得地震动记录的累积能量谱以及边际谱。通过边际谱的平均特征周期或β谱2~10 s的加权平均值的定量方式区分出普通地震动和长周期地震动。为了考察高层隔震结构在长周期地震作用下的响应,建立一有实际工程背景的基础隔震的高层建筑模型;输入经过长周期地震波和反应谱与规范反应谱相符的地震波进行时程分析,比较两者作用下结构响应的异同。分析结果表明:定量的方式可以区分长周期地震动和普通地震动,将经过区分的长周期地震波作为输入,算例在长周期多遇地震及罕遇地震作用下,底部固定高层结构和高层隔震结构的楼层剪力平均值、层间位移角以及高层隔震结构的隔震层位移均较与反应谱相符的地震作用下大,隔震层位移的增大尤其明显。从隔震系数和层间位移角而言,长周期地震作用下的隔震效果较差。符合规范反应谱的时程分析表明该高层隔震结构本身隔震性能良好,上部结构性能接近大震弹性。因此高层隔震结构在等值PGA的输入下,长周期地震作用下,高层隔震结构在小震和大震下都很难满足设计要求,对于存在长周期地震动风险的情况下,需要开发适合于高层隔震结构的隔震体系。同时,拟输入地震动为长周期地震动时,等值PGA不是一个合理的指标。     

长周期地震动下高层框架-核心筒层间隔震结构地震响应分析

高层层间隔震结构是一种新型的建筑结构,其在长周期地震动下的地震响应与普通地震输入下有所不同.建立某18层钢筋混凝土框架-核心筒层间隔震结构,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动、近断层脉冲型长周期地震动三种类型地震波进行非线性动力时程分析.结果表明:长周期地震动下,高层层间隔震结构地震响应明显大于普通地震动;远场...     

长周期地震动作用下结构的弹塑性地震反应分析

高层(超高层)建筑自振周期长,在进行抗震设计和验算时,有必要利用长周期强震动进行分析,而目前可靠的长周期强震动记录数据很少。利用几条地震波对多层和高层结构应用时程法(Wilsonθ法)进行分析。结果表明,长周期地震动作用下,高层结构的动力系数随楼层的增高而增大。     

不同地震动作用下高层结构响应比较研究

近年的大地震中,远离震中的高层建筑在长周期地震动作用下响应强烈。研究以高层钢筋混凝土结构为对象,选取不同频谱特征的地震波,分别以加速度标准化和速度标准化两种方式调幅进行弹塑性时程分析。结果表明:加速度峰值相同的条件下,长周期地震动对高层结构影响更大,且结构响应受位移控制,速度和能量与高层结构的地震响应关系密切。     

长周期地震波作用下复杂高层连体结构的弹塑性动力响应分析

以一实际框架(型钢混凝土柱)—核心筒(混凝土)复杂连体结构为研究对象,首先分析其结构特性,并就其连接处楼板部分进行分析,以供实际方案借鉴。根据结构特性选择若干条地震波,利用等加速度的Newmark方法进行弹塑性动力时程分析。其中对结构在两条地震波作用下的动力时程特性分别进行Hilbert-Huang变换,采用响应峰值系数量化分析,并对结构在两类地震波下的动力响应均值进行分析。通过对复杂连体结构的位移响应、受力响应等的分析对比,探讨了长周期地震波作用下复杂连体结构的动力响应特性。结果表明:该结构有充足的承载及抗震性能;结构需要考虑在长周期地震作用下的安全性;上下连接体处地震能量相对集中,需采取适当的抗震构造措施来加强连体部分的结构性能。     

不同类型地震波作用下超高层结构动力响应分析

目前,由于长周期地震动的缺乏,国内外对于长周期地震动特性及在长周期地震动作用下的超高层结构地震响应的研究尚不成熟。该文选取长周期地震动Tom波、地表反应波LS-R波、普通地震动El Centro波作为输入,对在不同类型地震波作用下的超高层结构进行了模型振动台试验,并对试验结果进行了分析。通过对三条不同类型地震波作用下超高层结构的动力响应分析,以时频分析的角度分析了超高层结构地震反应与输入地震动特性之间的关系及超高层结构在长周期地震动作用下与普通地震动作用下的地震反应差异等。     

长周期结构弹塑性时程分析的地震波选取

长周期结构在大震作用下进入弹塑性状态,结构刚度退化,周期延长,地震波对应的反应谱与规范反应谱在长周期段的拟合程度对结构的安全性判 断有较大影响。提出长周期反应谱拟合系数作为长周期结构在弹塑性时程分析中地震波选取的依据,通过六千多条强震记录的统计分析,得到不同场地条件 下适用于长周期结构弹塑性时程分析的地震波库,保证所选取地震波对应的反应谱与规范反应谱在3~6s段统计意义上相一致。     

广州财富中心施工过程抗震性能模拟分析

高层结构施工规模巨大,施工周期长,在施工过程中仍有一定概率经要受地震作用的考验。利用大型有限元软件ABAQUS建立了广州财富中心施工各阶段的有限元模型,采用时程分析方法对广州财富中心各施工阶段的未完工结构在多遇地震和施工荷载组合作用下的抗震承载力和结构变形进行了分析,验证了结构在施工过程中的安全性。还对不同地震波作用下结构的振动响应进行了对比分析,结果表明:结构的地震响应受地震波卓越频率的影响十分明显,超高层结构在低频长周期地震波作用下的响应明显大于高频地震波作用下的响应。     

长周期地震动及其在超高层建筑抗震校验中的应用

长周期地震动是由长周期面波叠加放大所形成的长持时地面运动,其孕育条件为大型沉积盆地和远距离大震级地震。长周期地震动作用下的超高层建筑震害明显。简要介绍长周期地震动的震害特点以及国内地震带、大型沉积盆地的分布特点。梳理国内外长周期地震动研究成果和关注热点。给出适用于国内的长周期地震动应对思路。探讨校验长周期地震动的形成、应用,以及超高层建筑响应控制流程。结果表明：国内较多城市有长周期地震动的孕育条件;国内工程界对长周期地震动的研究主要集中在地震动的长周期分量,而不是长周期地震动本身;对按照现行规范设计后的超高层建筑补充长周期地震动的校验分析是较为可行的思路;国内部分区域的超高层建筑有针对长周期地震动进行校验的必要。     

远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性

已有震害研究表明超高层建筑在远场长周期地震动作用下易出现长时间晃动的共振现象,国内超高层建筑在不同概率水平的远场长周期地震动作用下的响应特性有待验证。为此,参考实际工程建立超高层结构模型,利用已有方法确定不同概率水平的校验远场长周期地震动,对比分析超高层建筑在远场长周期地震动和规范设计地震动作用下的结构响应特性、非结构响应特性,以及居住者感受程度。分析结果表明：在结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下结构的层间位移角增大约15%,楼层累积滞回耗能提高约100%;在非结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下的中部楼层的位移敏感构件损坏、顶部楼层的长周期附属设备加速度响应、家具滑动和居住者不安度相对显著。超高层建筑主要应通过提高结构耗能能力和控制非结构响应来应对远场长周期地震动。     

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。     

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。     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

南京垂直森林超高层办公楼结构设计

南京垂直森林办公楼为地上35层、地下3层的超高层建筑,该建筑上部结构采用框架-核心筒结构体系,其中底部框架柱采用型钢混凝土柱。介绍了该办公楼结构设计方法和过程,包括结构性能设计目标的确定、计算分析等。针对本工程结构的超限情况与垂直森林的特点,采用结构分析软件对结构进行了小震弹性反应谱分析、小震弹性时程分析、中震不屈服验算、中震弹性验算以及大震作用下的动力弹塑性时程分析。计算结果表明,该结构设计安全可靠、经济合理,且垂直森林是可以复制的,为以后类似的工程设计提供了相应的依据和有益的参考。     

地震震源机制对长周期地震动的影响研究

长周期地震动特性的研究对自振周期较长的大型结构的抗震设计具有重要意义。利用1997年新疆伽师强震群的宽频带数字地震记录,研究了震级大小和震源机制对长周期地震动特性的影响。结果表明:地震震级对长周期地震动的影响较为明显,震级越大,长周期地震动的成分越多;与走滑型地震相比,倾滑型地震的垂直向长周期成分更为丰富;走滑型地震的水平向长周期加速度反应谱值高于正断层型地震的水平向长周期加速度反应谱值。     

地震作用下高层框架厂房的多重调谐质量阻尼器扭转振动控制

通过ANSYS软件建立高层框架结构的三维有限元模型,模态分析结果显示结构的第三阶模态为扭转振动,在地震作用下高层框架厂房结构的扭转振动将占据主要位置,需要对结构的扭转反应进行控制。提出将厂房附属设备气化炉作为控制装置中的子结构质量块,设计合理的多重调谐质量阻尼器(MTMD)参数。对结构在施加MTMD和未施加MTMD两种情况下进行动力时程分析,研究MTMD对高层框架厂房结构在两种地震作用下抗扭转性能的影响。结果表明,在地震作用下,MTMD对高层框架结构角位移和角加速度的控制效果较好。