基于人工地震波的铅芯橡胶支座等效线性化模型研究

回顾了四种经典的隔震支座等效线性化模型及其适用范围。使用参数识别算法建立了基于设计加速度反应谱合成人工地震波的铅芯橡胶支座等效线性化模型,并用桥梁隔震算例验证该模型的有效性。研究结果表明:该模型对预测合成人工地震波以及天然地震波作用下的铅芯橡胶支座水平位移均有较高的准确性;等效线性化模型不仅与支座的力学参数有关,还受地震波加速度反应谱特征的影响。     

隔震结构不同阻尼比地震影响系数曲线的改进研究

对我国现行建筑抗震设计规范中不同阻尼比隔震结构的地震影响系数曲线进行了研究。对于隔震结构的计算分析,规范建议采用时程分析方法进行求解;在特定情况下,也可根据规范中不同阻尼比结构的地震影响系数曲线,采用简化的等效线性化方法进行迭代求解。建立了一个典型的采用叠层橡胶支座隔震的12层钢筋混凝土结构;分别采用等效线性化方法和时程分析方法,对隔震层位移、基底剪力等进行分析和比较。发现等效线性化方法的隔震分析结果相对于时程分析方法严重偏大,说明当结构阻尼比大于0.05时,我国规范的阻尼调整系数值过于保守。在此基础上,对规范中地震影响系数曲线采用的阻尼调整和形状参数提出了改进建议。在不同的场地类别和地震分组情况下,改进后的等效线性化方法的计算精度均得到了很大提高,可以准确计算隔震结构的基本动力响应。     

基础隔震结构等效线性化方法研究

比较了8种基于非退化双线性模型的等效线性化方法,评价它们的等效周期、阻尼比、对位移反应的估计精度以及估计精度对模型参数的敏感性。结果表明,各种方法的估计精度受模型参数的影响明显,结合基础隔震结构的特征,建议在其反应谱分析方法中采用JPWRI法或Hwang法。另外,本文提出割线刚度-平均阻尼法和考虑初始周期影响的修正割线刚度-平均阻尼法,从而实现在更广的模型参数范围内给出更高的估计精度。     

基于设计反应谱的空间结构弹塑性地震反应分析方法

空间结构非线性等效单自由度体系的荷载-位移曲线后屈服段较短,采用等能量方法将其转化为双折线时易产生较大计算误差,且双折线拐点需迭代确定。针对此问题,采用Ramberg-Osgood模型描述空间结构等效单自由度体系荷载-位移滞回曲线;基于等效线性化方法,采用最大位移对应的割线刚度作为等效线性体系刚度k_e;对滞回曲线积分得到滞回环面积,令滞回耗能与等效线性体系阻尼耗能相等,导出等效黏滞阻尼ζ_e。将线性加速度设计反应谱变换为T(周期)-ζ(阻尼比)-d(位移)格式,与空间结构等效线性体系的T_e(等效周期)-ζ_e-d曲线联立,用图解法直接计算等效线性体系的地震位移反应,并进一步得到空间结构的整体地震反应。采用所提出的方法计算柱面网壳和球面网壳结构的非线性地震反应。结果表明：该方法简洁高效,无需迭代,易于编程实现,对空间结构地震位移反应求解精度较高。     

基于等效线性化方法弹塑性SDOF系统能量谱的研究

选择了被认为精度较高或者有关规范中建议的8种等效线性化方法,以4种场地土条件下40条强震记录为输入,通过时程分析方法对各种等效线性化方法计算弹塑性SDOF系统能量谱的精度进行了分析。分析结果表明,现有等效线性化方法的等效周期和等效阻尼比之间存在较大差异,且用于预测弹塑性SDOF系统的能量谱时存在较大误差。根据能量谱分析结果的统计计算,建议了一种新的适用于弹塑性SDOF系统能量谱计算的等效线性化方法。     

复合隔震结构抗震性能简化计算方法

研究了复合隔震结构隔震性能的简化计算方法,采用等效线性法将复合隔震等效线性化滞回曲线F—D曲线转化为α—D曲线,可得到隔震层基底剪力系数α和隔震层位移D,从而确定结构基底剪力Fek,并验证结构位移D是否满足规范结构要求位移[D]。     

结构弹塑性等效线性化方法的研究

等效线性化方法是估算结构最大弹塑性反应的实用化方法.等效线性化方法中,体系等效周期和等效阻尼比被视为位移延性系数的函数,把弹塑性体系等效为弹性体系来进行时程分析并求出结构最大反应.通过列举7种等效线性化方法--割线刚度法、平均刚度和能量法、平均刚度和阻尼法、Iwan方法、Hwang方法、Kowalsky方法、Iwan和Guyader方法,选取59个结构周期控制点、32条地震波,共进行了26432次弹塑性和等效线弹性时程分析.对每种等效方法的精度以及适用范围进行了对比和讨论,提出了选取等效线性化方法的建议.     

土层场地地震反应时域分析中等效线性化方法研究

对场地土层时域地震响应分析中等效线性化方法进行讨论。首先按照不同材料区域采用不同阻尼比的思想建立Rayleigh阻尼模型,并对等效线性化方法进行改进:在每次线性迭代中考虑由于材料模量衰减引起模型自振频率变化而带来的阻尼系数的变化。其次基于ANSYS-LSDYNA软件,将隐式算法求解结构动力特性、显式算法求解动力响应相结合,编制等效线性化方法的计算程序。分别采用考虑和不考虑阻尼模型更新的等效线性化方法对某实际深厚覆盖土层场地进行地震响应分析。结果表明:在每次迭代过程中,模型的基频逐渐减小并趋于稳定;相对于不更新阻尼系数情况,模型自振频率改变引起阻尼系数的变化对不同深度处加速度结果有一定的影响,但不明显;地震波频谱和加速度反应谱变化都比较小,可以忽略,即在等效线性化迭代过程中,可不考虑由于材料模量衰减引起模型自身动力特性变化的影响。     

隔震结构子结构实振型分解反应谱方法

隔震结构的阻尼分布具有典型的非比例阻尼特性，因此经典实振型叠加反应谱法已不再适用，而现有隔震结构振型叠加反应谱法存在着计算精度低或计算复杂等缺点。为提高计算精度和效率，提出基于实振型分解的隔震结构子结构反应谱方法。采用隔震结构剪切型模型，给出结构矩阵的解析表达式，考虑人工地震动和天然地震动工况，对比分析非线性时程分析方法的计算结果，验证子结构反应谱法在隔震结构地震响应分析中的有效性。研究结果表明，隔震结构子结构实振型反应谱方法可提高隔震结构地震分析结果的计算精度，与非线性时程分析结果相比，上部结构层间位移最大相对偏差为13.64%,实振型分析计算简单，更便于工程设计人员应用。采用强迫解耦反应谱法会严重低估上部结构响应，与非线性时程分析结果相比，上部结构层间位移最大相对偏差可超过70%。     

基于近断层脉冲地震动的RC框架隔震结构等效线性化分析方法研究

当前国内学者多用单自由度的等效线性化方法,即对隔震层的等效线性来模拟计算多层隔震建筑的受力和变形,不能准确全面反映隔震上部结构的实际情况.考虑到近断层地震动中包含动态长周期脉冲型地震动会对隔震结构这类长周期结构可能会产生较大的破坏,为此,本文研究基于反应谱法计算的多自由度结构等效线性化分析不同方法的计算精度,首先根据现...     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

Probe into several important concepts in Chinese current seismic response spectra

在使用规范反应谱时常将绝对加速度谱、拟加速度谱、伪加速度谱概念等同或者混乱使用,尤其对于大阻尼比且长周期的结构,采用“拟谱关系”能够获得相应谱的谱值却换算不了相应谱的频谱特性。也有认为利用“拟谱关系” 所导出的相对位移谱不符合结构动力学原理及强震反应谱统计特征。基于此,对我国现行抗震规范地震反应谱所涉及到的绝对加速度反应谱、伪加速度反应谱和拟反应谱等作了较为详细的对比,重点阐明了伪谱与拟谱,绝对加速度谱与伪加速度谱在概念上的区别与联系。鉴于我国现行《建筑抗震设计规范》反应谱是由绝对加速度反应谱标定,利用“拟谱关系”仅是一种数值近似手段,并不具有频谱特性的转换功能,分析了绝对加速度反应谱和伪加速度反应谱在抗震设计过程中的差异。基于绝对加速度反应谱进行标定的规范反应谱,总结了其在目前建筑结构抗震设计中所存在的问题,尤其是在针对超高层结构消能减震结构分析中存在不足：长周期且大阻尼比结构所受设计地震作用与其弹性内力相比明显偏大,设计偏保守;用“拟谱关系”所得换算谱的频谱特性混乱且用于设计缺乏可靠性验证。为此,提出了应分类构建反应谱的建议。     

非线性基础隔震结构复振型反应谱设计方法

采用铅芯橡胶支座、弹性滑板支座或摩擦摆支座的基础隔震结构,在利用反应谱方法进行设计时,需要考虑支座的非线性特征.在传统非线性振动分析平均方法或慢变振幅法中引入激励随机性,以等效线性系统和原非线性系统势能和阻尼耗能相等为原则,提出了基于能量平衡的随机等效线性化方法.在该方法中,等效刚度和等效阻尼系数表达为振动幅值的期望,...     

等效线性化方法在RC框架结构设计中的应用

为研究罕遇地震作用下等效线性化方法在RC框架结构设计中的应用,基于现有的结构非线性响应的等效线性化方法,通过与RC框架结构非线性时程分析结果对比,分析不同的等效线性化方法计算罕遇地震作用下结构地震响应的有效性,并确定等效线性化参数的取值;按基于等效线性化的设计方法及现行规范方法分别设计了分析算例,通过非线性动力时程分析,对比了框架结构实现预期强震破坏模式的效果。结果表明：同时考虑刚度折减和附加阻尼的割线刚度等效线性法可更好模拟结构强震非线性反应;基于等效线性化的设计方法可更好地实现结构在罕遇地震作用下的预期破坏模式。     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

拱形立体桁架结构振动台试验研究

为研究拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式,以一实际工程为背景,对拱形立体桁架结构进行缩尺比例为1/15的振动台试验。对模型相似比的选取、模型设计以及加载方案、测点布置等进行说明,得到各级人工波作用下,模型自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应以及杆件应变,研究模型自振特性的变化规律,获得拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式。研究表明,随地震波峰值加速度的增大,结构各向自振频率和等效刚度降低,结构阻尼比增大。地震波向模型顶部传播过程中,加速度和位移响应随结构高度逐渐放大。当输入峰值加速度达到0.8 g时,结构刚度迅速下降,主桁架斜腹杆大量屈曲;当输入峰值加速度达到1.0 g时,结构刚度下降50%,发生平面内反对称变形。     

Seismic response of R/C structures subjected to simulated ground motions compatible with design spectrum

In seismic response analysis of building structures, the input ground motions have considerable effect on the nonlinear seismic response characteristics of structures. The characteristics of soil and the locality of the site where those ground motions were recorded affect the contents of ground motion time histories. This study describes a generation of synthetic ground motion time histories compatible with seismic design spectrum, and also evaluates the seismic response results of multi‐story reinforced concrete structures by the simulated ground motions. The simulated ground motion time histories have identical phase angles to the recorded ground motions, and their overall response spectra are compatible with seismic design spectrum with 5% critical viscous damping. The input ground motions applied to this study have identical elastic acceleration response spectra, but have different phase angles. The purpose of this study was to investigate their validity as input ground motion for nonlinear seismic response analysis of building structures. As expected, the response quantities by simulated ground motions presented better stability than those by real recorded ground motions. It was concluded that the simulated earthquake waves generated in this paper are applicable as input ground motions for a seismic response analysis of building structures. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

阻尼特性对组合结构地震反应的影响

首先根据组合结构的特点,通过输入简谐波分别计算了3种等效振型阻尼比模型时组合结构的地震反应,并与非比例阻尼模型时的真实地震反应相比较,讨论了不同等效振型阻尼比模型对组合结构地震反应的影响;然后根据共振条件下结构动力反应的相对误差,推导了组合结构等效振型阻尼比的估算公式;最后通过输入简谐波和实际El Centro地震波验算了这一等效振型比例阻尼比模型的计算精度。结果表明:任意假定组合结构的等效振型阻尼比是不合理的,有时会低估组合结构的地震反应;该估算方法具有很高的计算精度。