某核电厂隔震结构动力响应的参数敏感性分析

以某核电站厂房隔震结构设计为例,针对铅芯橡胶支座阻尼、屈服前刚度值以及隔震结构偏心等三类参数分别进行了隔震结构动力响应的敏感性分析,分析结果表明,隔震层阻尼大小对于隔震结构位移的影响程度远大于对加速度响应的影响,工程设计中应考虑隔震装置阻尼取值的多种不确定性因素;对于文中核岛厂房所采用的隔震设计方案及计算模型,单一考虑屈服前刚度取值在一定范围内变化,其对隔震结构水平向加速度响应和峰值位移几乎无影响,但还应综合考虑屈服力等其他参数的影响;上部结构自身的偏心与否对隔震结构的动力响应影响很小,而隔震层偏心虽然对上部结构的加速度响应影响很小,但其对位移响应的影响则较为敏感,工程设计中应特别关注隔震层偏心问题。     

强震下隔震结构碰撞地震响应分析

以一8层隔震结构为例,使用Perform-3D软件分析考虑强震下结构间碰撞对隔震结构地震响应的影响。分析结果显示,隔震结构发生碰撞后隔震效果减弱且其隔震层位移与地震波峰值成正比,与碰撞刚度成反比。其次,一旦结构发生碰撞,则其塑性耗能就会增加。除此之外,结构的碰撞还会引起结构层间位移的增大,碰撞越剧烈上部结构震动就会越显著。对于结构的加速度,碰撞引起的响应要根据地震波响应程度而定。当输入地震波对结构响应较小时,碰撞刚度越大上部结构的响应就越大;当输入地震波对结构产生响应较大时,上部结构各楼层的加速度响应尚无法给出确定变化趋势。     

设置阻尼负刚度系统的高层隔震结构地震响应分析

基于预压弹簧的变形受力特点设计了一种附带阻尼的负刚度系统，该系统通过预压弹簧的斜向变形出力可实现负刚度性能，并采用黏滞阻尼器提供阻尼性能。根据上述思想设计组装了负刚度模型装置并进行静力试验研究，基于试验结果提出了考虑弹簧刚度、弹簧长度、弹簧预压缩量的负刚度系统的力学模型，并进一步建立了负刚度隔震系统的动力分析模型，提出了负刚度装置的最优参数选取方法，指出了最优负刚度配比的选取由隔震支座的阻尼比决定。将所提出的负刚度系统应用于某高层隔震结构中并进行了动力分析，结果表明，附加负刚度系统不仅能够减小高层建筑在地震作用下上部结构的加速度响应、层间变形，而且可有效控制隔震层的位移响应，实现了在罕遇地震作用下同时降低上部结构的加速度响应和隔震层位移响应的目标。     

附设间隙阻尼减震装置的高位隔震连体结构振动台试验研究

针对高位隔震连体结构,提出附设间隙阻尼装置控制罕遇地震下连廊隔震支座位移。通过设计高宽比为6的双塔连体结构试验模型,对连廊与塔楼顶部仅采用隔震连接以及隔震与间隙阻尼装置连接的两类结构体系进行模拟地震振动台试验研究。选取远场El Centro波和速度脉冲效应明显的近场Chi-Chi波、Kobe波作为地震激励。通过测量隔震支座水平位移、间隙阻尼装置力与位移响应、连廊结构加速度响应以及塔楼结构加速度和位移响应,分析罕遇地震与极罕遇地震作用下间隙阻尼装置对隔震支座位移的控制效果,以及对连廊结构和下部塔楼结构抗震性能的影响。结果表明：间隙阻尼装置可以有效地控制罕遇和极罕遇地震作用下隔震支座位移,8度罕遇地震作用下,隔震支座最大位移减小59.61%;间隙阻尼装置传导轴与限位环产生剧烈冲击,引起高频振动能量进入连廊结构,导致连廊水平向加速度响应有所放大,而竖向加速度响应显著;远场地震作用下,间隙阻尼装置的启动对塔楼结构楼层加速度和层间位移角有所放大,但未造成不利影响;在速度脉冲周期与整体结构基本自振周期接近的近场地震作用下,当地震波峰值加速度为0.40g时,附设间隙阻尼装置使塔楼结构楼层峰值加速度和...     

近断层地震对基础隔震结构动力响应

运用SAP 2000有限元分析软件,采用非线性时程分析法对水平和竖向地震耦合作用下的框架进行了动力分析。探讨了铅芯橡胶支座(LRB)用于基础隔震体系时参数的优选问题,同时也对在近断层地震作用下基础隔震结构和未隔震结构动力响应进行了分析和对比。计算结果表明:对于低频地震波而言,随着隔震周期的增大,梁端最大层间位移越小,隔震效果越好;对于高频地震波而言,梁端最大层间位移和节点最大加速度随着隔震周期的增大呈上升趋势。框架层间位移随着屈服刚度比的增大总体呈下降趋势,结构的地震响应降低,并且屈服刚度比对框架结构梁端最大层间位移的影响大于隔震周期对其的影响。节点最大加速度随着屈服刚度比变化的规律,在不同地震波的作用下会有差异,不同之处往往在结构的中部以上。     

基于弹塑性限位装置的基础隔震建筑地震碰撞行为

在近场速度脉冲型地震作用下,基础隔震建筑可能产生过大的支座变形,为了防止结构和隔震沟边缘产生刚性碰撞并对上部结构造成损伤,建议在隔震层高度用弹塑性限位装置来防止结构产生过大位移并实现一定程度的消能减震。提出了一组动力学方程,将建筑结构模型和Bouc-Wen单元串联,可以考虑隔震间隙的非线性动力响应。考虑了速度脉冲周期对结构响应的放大作用,根据弹塑性动力碰撞分析方程,以3组不同高度的钢框架结构基准模型为算例,计算了限位装置的弹性刚度和屈服力等因素对不同结构的弹塑性响应。结果表明：恰当选取用于碰撞限位的弹塑性限位装置的碰撞刚度与屈服力,既能有效限制隔震层的水平位移,上部结构也不会产生过大的反向动力响应,能够充分保护结构;在较易激发类共振效应的速度脉冲型地震动作用下,上部结构最大响应同弹塑性限位装置的弹性刚度与屈服力呈正相关性。     

基于Benchmark模型的低刚度隔震支座地震响应研究

建筑隔震设计中广泛使用的铅芯橡胶隔震支座(LRB)在近断层地震作用下,支座位移过大,在满足竖向承载力的同时难以兼顾支座的水平刚度和阻尼值,导致隔震体系的隔震效果不佳,甚至隔震支座可能发生损坏。针对这一问题,研发了一种新型的水平低刚度隔震支座,该支座在满足竖向承载力要求的同时,能将隔震层的水平刚度维持在较低的水准,同时保持较好阻尼性能。本文采用ETABS模拟隔震支座并建立隔震Benchmark模型,通过动力时程分析,对比了传统橡胶隔震方案和水平低刚度隔震方案中结构的最大层间剪力、最大层间位移角和能量耗散等结构响应。结果表明,近断层地震作用下,水平低刚度隔震方案比传统橡胶隔震方案的隔震效果更佳。     

带限位多层隔震结构抗震影响参数研究

高烈度地震下隔震层较大水平位移易造成碰撞或上部结构失稳倾覆,限位装置能够降低其倾覆概率。首先,对多自由度隔震结构设置带间隙弹簧限位装置动力学方程进行了讨论;其次,结合某4层隔震框架结构进行了限位方案设计,并针对限位间距(D)、限位刚度(K)取值范围进行了分析;最后,进行罕遇地震下带限位隔震结构数值计算,并结合顶层加速度峰值、层加速度、层位移、层剪力峰值等指标展开抗震性能对比分析。结果显示随着限位间距D减小、限位刚度K增加,限位效果提升但易造成上部结构响应发生突变,对隔震结构响应影响较大。当限位间距D与罕遇地震下隔震层位移Drar比值在[0.38,0.69]、限位刚度K与罕遇工况隔震层刚度Kh比值在(0,1)时限位效果较好,且降低了上部结构响应突变影响。     

高阻尼橡胶隔震结构实时混合试验仿真研究

现行隔震支座试验方法多为慢速加载的拟静力试验,无法准确评估高阻尼橡胶隔震结构在真实地震作用下隔震支座速度相关性特性。本文以某七层框架基底隔震结构为研究对象,考虑物理加载系统的随机性和隔震支座的复杂非线性,建立了自适应时滞补偿实时混合试验仿真系统,对高阻尼橡胶隔震支座的力学性能和隔震结构的动力响应进行了评估。结果表明:在噪声、不确定性及物理加载系统的动力特性等影响下,通过合理地设置时滞补偿器及控制器,支座指令位移与实测位移间的最大误差与顶层加速度最大误差分别为1.71%与4.03%,实时混合试验仿真系统能够较好地反映隔震支座力学特性及上部结构动力响应,计算结果具有良好的精度与鲁棒性,为采用实时混合试验研究真实地震作用下高阻尼橡胶支座速度相关性特性展开了有益的探索。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

乙烯生产钢塔架地震响应分析

采用有限元法和求解特征方程法分别对某乙烯生产钢塔架进行动力特性分析,得到结构的基本频率,通过比较发现两者的计算结果较接近,从而验证采用有限元软件建立的模型的正确性。进而,采用有限元软件对乙烯生产钢塔架进行两个方向的地震响应分析,同时研究有重力和阻尼对结构地震响应的影响。结果表明:①结构侧移刚度小的方向,结构的响应较大,但各层的层间弹性位移转角最大值都满足《建筑抗震设计规范》给定的限值;②重力会增大结构的位移响应,但是对结构的速度及加速度响应没有影响;③阻尼会大幅度降低结构的位移、速度、加速度响应,因此,增大结构的阻尼对结构抗震十分有利。     

碟形弹簧竖向隔震结构振动台试验及数值模拟研究

提出了一种组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB),性能试验结果表明,DSB具有较低的竖向刚度和20%左右的竖向等效阻尼比。采用不同地震波进行了1/2比例的基础固定模型及DSB竖向隔震模型振动台试验,试验结果表明,DSB的竖向隔震效果显著,随着输入地震加速度幅值的增加,DSB竖向基础隔震模型的隔震层发生较大的竖向变形,而上部结构的层间相对位移变化不大,输入加速度幅值为0.4g时DSB竖向隔震模型的加速度反应降低了50%以上,结构顶层的位移反应降低了40%以上,具有明显的竖向隔震效果。最后利用有限元分析软件,采用时程分析法对相同工况时模型结构的地震反应进行了数值分析,并与振动台试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

机械法联络通道-隧道系统地震荷载响应分析

机械法联络通道作为一种新的工法,在主隧道与联络通道之间采用钢板焊接,该接头是抗震设计的关键点。针对接头的抗震问题,文章通过有限元方法研究地震荷载对主隧道和联络通道的受力、位移和加速度响应的影响,考虑刚性和半刚性接头两种工况。结果表明：在地震荷载作用下刚性接头受力远大于半刚性工况;在半刚性连接形式下,隧道加速度及位移的响应均大于刚性连接工况,y方向的地震荷载作用对半刚性连接形式下联络通道的位移及加速度响应影响较大。     

隔震支座沿曲面布置的隔震结构动力响应及振动台试验研究

针对超设计基准地震作用下隔震层存在过大变形、影响结构安全等问题,基于已提出的一种隔震支座沿曲面布置的隔震结构,通过变形和受力分析建立了简化双自由度动力模型,得到了系统关键动力参数,即公转频率、自转频率及单摆频率等的计算式.进一步给出了结构响应传递函数,明确了结构高宽比、曲面角度、隔震层阻尼比对结构响应的影响规律,并基于...     

高层隔震结构提离摇摆耦合动力理论模型及地震响应分析

针对地震作用下高层隔震结构摇摆倾覆问题,提出考虑隔震层刚心变动的摇摆提离耦合动力理论模型,给出了地震响应提离摇摆的3个界限(即临界提离受拉界限、摇摆界限和倾覆界限)公式。通过大高宽比隔震结构振动台试验,进行不同峰值加速度地震波作用下试验结果分析,得到在地震动峰值加速度0.4g输入工况中,结构在El Centro波下进入提离受拉状态,在Taft波作用下,结构响应较大,提前进入摇摆状态;而在峰值加速度0.6g输入工况中,两条波作用下结构均进入了摇摆界限,尚未进入倾覆状态,隔震层位移未超出GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值,但此时支座的拉伸应变均已超过10%的安全界限,属于危险状态。对比分析摇摆模型与试验得到加速度及滞回曲线,可知理论模型与试验结果具有较好一致性。最后,采用数值分析方法,研究了提离摇摆耦合动力模型对不同高宽比高层隔震结构地震响应的影响,得到不同地震动峰值对不同高宽比结构的3个临界状态的影响规律,即摇摆提离模型的扭转角与结构高宽比和输入地震动峰值加速度有较大关系,其中地震动峰值加速度的变化影响更为显著。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。