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。     

建筑结构层间隔震技术的现状及发展展望

层间隔震结构是将隔震装置设置在建筑物上、下楼层间或上部结构的子结构与主结构间控制结构地震反应的新技术。在回顾近二十年来国内外建筑结构层间隔震技术的研究及应用情况的基础上,总结层间隔震结构在减震工作机理、计算分析、设计方法及试验研究等方面的成果;并进一步探讨层间隔震有待深化研究的问题,包括竖向地震作用、结构抗倾覆性能、抗震性能评估、混合控制及层间隔震新体系等。     

滑移摩擦型隔震结构考虑竖向地震作用影响的分析

摩擦滑移型隔震支座具有较好的减震效果和经济性能,越来越多地应用于结构隔震.这种支座屈服力取决于滑动摩擦力,与摩擦系数和支座竖向压力有关.地震动是多维的,本文考虑双向地震动,分析了采用摩擦滑移型支座隔震的质量块、基础隔震结构和顶层隔震结构,在不同摩擦系数和地震烈度情况下竖向地震作用对结构水平地震反应的影响.计算表明,在大摩擦系数、高烈度情况下,竖向地震作用对基础隔震和设备隔震有一定影响,建议考虑竖向地震作用的影响;而在小摩擦系数时则可忽略.并且,适当的屈服后刚度可以减小竖向地震作用的影响.     

考虑竖向地震影响的滑移隔震结构及其参数优化

对水平-竖向耦合地震作用下滑移隔震结构模型理论进行研究,建立其运动微分方程和滑移隔震结构参数优化设计模型。针对滑移隔震结构的特点,提出标准遗传算法的改进措施,并采用直接搜索算法与遗传算法相结合构成改进混合遗传算法。采用改进混合遗传算法对6层滑移隔震结构进行参数优化设计,可以很好地分析竖向地震作用对隔震层的影响。表明优化设计模型与优化设计算法对于滑移隔震结构的参数优化是有效的。     

惯性减振和基础隔震混合控制研究

隔震结构是最为常见的减震方式之一,通过设置隔震层可以有效减小上部结构的地震反应,但同时隔震层也将承担较大的位移反应,这往往成为隔震结构设计时的主要限制因素。通过在隔震结构上加装调谐质量阻尼器(TMD)可以在一定程度上减小隔震层的位移反应,但是其减震效果受到质量比的限制。基于此,本文拟对一种新型的惯性减振装置(旋转惯性双重调谐质量阻尼器(RIDTMD))和基础隔震混合控制结构进行地震作用下的响应分析。RIDTMD在传统的弹簧单元和阻尼单元外又加入了质量单元,利用质量单元的旋转惯性进行减震,从而实现较大的表观质量,使减震效率和鲁棒性均有所提高。以某8层基础隔震结构为算例,研究了RIDTMD对混合控制体系控制效果的影响,并对TMD与惯性减振装置在隔震结构中的减震效果进行了比较。     

三维隔震振动台试验研究

震中大分量水平与竖向地震作用导致大量建筑结构破坏。目前,隔震系统仅能减小水平地震作用,而三维隔震系统可有效控制结构的竖向和水平反应而减轻地震灾害。由于三维隔震系统竖向和水平自振频率低,三维地震作用下,结构摇摆反应难以控制。为解决这一难题,设计了一种新型的三维隔震系统,该系统包括水平隔震层和竖向隔震层,抗摇摆装置安装在竖向隔震层中用于控制结构摇摆反应。为验证该三维隔震系统性能,对二层钢框架结构模型进行了振动台试验研究。振动台试验结果表明,三维隔震技术能有效减小上部结构响应,并大大提高建筑结构的抗震安全性。     

双向水平地震作用下串联隔震结构的振动控制

国内外许多实际的隔震工程都采用橡胶隔震支座与地下室悬臂柱串联的隔震方案。本文针对串联隔震结构提出了振动控制策略,即在隔震层附设一定数量的减震控制装置,同时,本文建立了在双向水平地震作用下串联隔震结构振动控制体系的运动方程,并考虑了串联隔震结构底部柔性对底部刚度的影响,应用序列最优控制算法对算例进行隔震控制。结果表明,这种隔震控制体系可以有效地减小结构在双向水平地震作用下的地震反应,对隔震层的位移响应降低了至少63.1%,有效地提高了串联隔震结构体系的整体稳定。     

基础隔震结构设置摩擦阻尼器的地震反应研究

研究了采用滑移摩擦阻尼器的基础隔震体系在地震作用下动力反应分析的理论模型和数值方法,将计算结果与试验结果及与其它文献方法的结果作了对比分析,探讨了摩擦隔震反应的一些特点和规律,并进一步通过楼面反应谱计算对滑移附加衰减振动的影响进行了分析.该理论模型不论是否产生摩擦滑动,均将摩擦隔震层作为结构体系的一个广义计算质点,并将摩擦力模型化为速度相关型阻尼力,避免了不同摩擦阶段动力方程及其数目的反复转换.研究表明,本文方法及结果正确可靠,精度满足要求;设置摩擦阻尼器(或滑移支座)的隔震体系具有良好的减震效果,隔震层最大位移反应也较小,而残余位移还需通过有关措施来控制.由于摩擦隔震结构的滑移附加衰减振动使加速度反应的峰值增大,引起人们对摩擦隔震性能和效果的某些疑虑,本文计算分析指出,这种附加振动基本不会影响结构的滑动位移及其它减震特性,对楼面设施减震效果的影响也很小.     

农村房屋地基砂垫层隔震系统振动台试验研究

为研究农村房屋的防震减灾措施，验证地基砂垫层的减震效果，制作了1/4缩尺的1层砌体结构模型，采用大型振动台进行了有地基砂垫层隔震措施与无隔震措施的对比试验。采用自行研制的大型叠层剪切模型土箱，地基土采用粉质黏土，砂垫层采用中粗河砂。进行多工况单向水平激励的模拟地震试验。结果表明：在峰值加速度为0.1g和0.2g的El Centro波激励下，地基砂垫层隔震系统主要依靠砂垫层的塑性变形消耗部分地震能量，从而减少了上部结构的地震反应；在峰值加速度为0.4g的El Centro波激励下，一方面依靠砂土的塑性变形消耗部分地震能量，另一方面由于结构基础与地基土之间的相对滑移运动，限制了地震反应向上部结构的传递；在基础埋深范围内回填砂土的措施既促进了结构基础与地基土之间的相对滑移，又对上部结构的位移反应起到了较好的限制作用；地基砂垫层隔震系统可有效减小结构的加速度、层间位移、层间剪力，在峰值加速度为0.4g的El Centro波激励下，楼层加速度峰值减小35%，层间位移峰值减小59%，层间最大剪力减小34%。     

近场脉冲型地震下层间隔震减震分析与层间混合隔震控制

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形而导致其上部结构倾覆失稳,这些不利影响需深入探讨。本文对比分析在有、无速度脉冲型地震激励下层间隔震结构的弹性和弹塑性反应,探讨速度脉冲对隔震层变形、隔震结构塑性铰分布所产生的影响,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成层间混合隔震方案,分析其对隔震层的限位保护效果及其对隔震结构非线性反应的减震效果。结果表明:在有速度脉冲型近场地震作用下,隔震层下部结构的峰值层间剪力与峰值层间位移角比原抗震结构有不同程度的增大,隔震层最大变形比无速度脉冲型地震下的最大变形有显著增加,远超越了隔震支座容许变形值。层间混合隔震能有效控制隔震层上部结构、下部结构的非线性地震反应与隔震层最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳倒塌。     

近断层水平-竖向地震作用下基础隔震结构的动力响应

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑甚少,特别是竖向分量考虑更少.通过选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层记录、远场地震记录以及断层附近非脉冲型地震记录作为地震输入,分析基础隔震结构在近断层水平-竖向地震分量共同作用下的动力响应,以及隔震支座的受力状态...     

地震作用下的超深水平井动态响应分析

以位于地震断裂带的水电站出线水平井为项目背景,利用大型有限元软件进行三维模拟,考虑土与结构的相互作用,研究分析地震作用下的超深水平井的动态响应。分析表明:水平井在竖向地震作用下的动力响应比在水平地震作用下的小;周围土体对结构的位移限制,以及深厚覆盖层对地震波的吸收,使得水平井无论是水平地震作用还是竖向地震作用下,动力响应都很小,表明水平井的抗震性能优越,证实了深埋结构的抗震可靠性。     

钢筋混凝土双肢柱抗震性能试验研究

本文通过两种、四榀不同剪跨比的钢筋混凝土双肢柱在恒定垂直偏心荷载作用下的拟动力试验研究和理论分析，考察了双肢柱在水平地震力作用下裂缝出现、刚度变化、破坏状态及动力反应全过程，探讨了腹杆形式、数量及节点的合理设计对双肢柱抗震性能的影响，提出了裂缝出现后拉、压肢刚度的计算公式，并采用杆系模型、增量法对平腹杆双肢柱进行了弹塑性分析，为编制冶金抗震设计规范提供了依据。     

框支生态复合墙结构非线性地震反应分析

建立了框支生态复合墙结构的非线性地震反应分析模型,采用有限元分析软件IDARC2D对其进行了水平地震作用下的非线性动力时程分析。研究了框支生态复合墙结构在水平地震作用下的动力反应特性及墙梁的组合作用和抗震性能。探讨了结构地震反应的影响参数。所得结论可为该类建筑工程抗震设计提供参考。     

基础隔震技术的发展及其对未来建筑设计思想的影响

采用基础隔震技术建造的现代建筑已经遍布全世界 ,不少隔震房屋经受了强地震的考验 ,表现出良好的抗震性能。有些国家已颁发了隔震结构的技术规程 ,预计基础隔震技术将越来越多地用于不同形式的结构上。隔震技术的出现使我们有更多的设计方案选择。依据所要达到的安全程度 ,可选择采用主动隔震结构控制技术、被动隔震结构控制技术或传统的抗震设计方法。每一种设计方案将保证建筑物内的人员安全、财产安全或设施的正常运行。这种概念以及相应的技术规程已经开始进行研究 ,并可能在本世纪初得以实现。     

地震作用下双塔楼连体结构的有限元分析

运用ANSYS软件对一双塔楼连体结构建立了4种模型,通过对其动力特性和Y、Z向地震作用的分析,得出了结构的各种响应。分析结果表明,楼板刚度和连体连接方式对结构动力特性影响较大。塔楼上部与连体相连处的水平地震反应强烈。连体部分的竖向地震加速度反应尤为强烈,作为结构的薄弱环节在工程设计中应得到足够的重视。     

翼墙加固方法对框架结构抗震性能的影响分析

汶川地震震害表明,单跨体系不满足多道抗震防线的要求,在罕遇地震作用下极易破坏,甚至发生整体倒塌,造成极大的人员伤亡和财产损失。翼墙加固方法因布置灵活、施工方便、在地震作用下能起到二道防线作用而得到广泛应用。本文首先研究了翼墙框架柱结构体系动力特性,指出对该类结构宜采用等效截面长厚比不大于4的竖向构件。然后,设计了一栋典型单跨教学楼,并采用翼墙对其加固,通过有限元数值分析,研究了单向、双向翼墙加固方案及不同翼墙长度对框架结构的加固效果。结果表明,不宜采用单向翼墙加固方案,而应采用双向翼墙加固方案,并认为翼墙长度为500mm的双向加固方案为本文算例最合适的加固方案。本文研究为有效地提高多层单跨钢筋混凝土框架结构抗倒塌能力的加固方法奠定了基础。