高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应     

高层隔震模型结构双向地震反应的数值计算与试验

为研究高层建筑采用铅芯橡胶垫进行隔震后的结构减震效果,对一两向不同高宽比1:16小比例尺隔震结构模型,进行了双向不同地震波输入下的地震反应数值计算和振动台试验分析。对模型上部结构加速度和隔震支座位移反应的分析表明,隔震技术对高层建筑同样有较好的减震效果;数值计算结果与振动台试验结果的对比分析表明,两者具有较好的一致性,数值计算较好地模拟了振动台试验;两组数据的相近证明了数值计算结果和振动台试验过程进行的正确性。     

不同土性地基上高层隔震结构振动台试验对比研究

通过土-结构动力相互作用（SSI）体系的模型振动台对比试验,研究不同土性地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界效应影响,模型地基分别为刚性地基、均匀软土层地基、分层可液化地基,采用高宽比为4的五层钢框架作为上部隔震结构模型。试验发现,考虑SSI的隔震结构体系频率均小于不考虑SSI的体系频率,均匀软土层地基上隔震结构体系的阻尼比刚性地基增加,而分层可液化地基上体系的阻尼则降低;软弱地基上隔震层位移可明显大于刚性地基上的情况,而当地基发生液化时隔震层的位移则明显减小。研究结果表明,建造于软弱地基、存在液化可能地基上的高层隔震结构仍然能够发挥隔震效果。     

隔震结构基于功率谱密度函数法的楼层反应谱分析

采用锥体模型求得地基基础阻抗函数,推导出非结构构件(NSC)的绝对加速度传递函数,利用随机振动理论,通过功率谱密度函数法(PSDF)建立楼层反应谱(FRS),并和人工合成地震波分析所得结果进行了对比.研究结果表明,PSDF法用较少计算量就可以得到相当准确的FRS,同时能与现行抗震规范很好的相结合.基础隔震结构NSC的峰值反应主要出现在隔震频率附近的低频段,增加隔震装置后土-结构相互作用(SSI)出现不同程度的削弱,在隔震频率段最为显著.     

多维地震动作用下摩擦摆基础隔震结构能量反应分析

摘要：本文对摩擦摆基础隔震结构进行了能量反应分析,研究了多维地震动、地震烈度和支座摩擦系数对结构能量反应的影响,表明水平双向地震动输入时结构总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;而竖向地震动的参与使结构总输入能量略有增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构变形耗能比增大;随着地震动强度的提高,结构的总输入能量显著增大,隔震层滞回耗能比增大,上部结构变形耗能比减小;随着支座摩擦系数的增大,结构的总输入能量明显增大,隔震层滞回耗能比减小,上部结构的变形耗能比增大。     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

新型钢滚轴及混合隔震结构地震模拟振动台试验研究

针对一种新型钢滚轴隔震支座进行研究,分别设计制作了一组钢滚轴隔震支座和一组摩擦摆隔震支座,并完成了某两层钢框架的固结、纯滚轴隔震、滚轴+MR被动阻尼器混合隔震和摩擦摆隔震模型的振动台试验。研究了各模型在地震加速度峰值为0.10 g、0.20 g的3条地震波作用下的结构响应,试验结果表明:新型钢滚轴隔震支座的隔震效果优于摩擦摆隔震支座,纯滚轴隔震模型和滚轴+MR被动阻尼器的混合隔震模型均可降低结构加速度反应56.1%～80.8%,且合理的优化混合阻尼隔震体系的阻尼值可使隔震效果更佳。同时,采用MR阻尼器的混合隔震模型较纯滚轴隔震模型可降低隔震层位移反应58.7%～87.4%,且随着阻尼值的增大其控制效果更好。因此,将新型钢滚轴隔震支座与阻尼装置配套使用的方法有效可行,在充分发挥滚轴隔震支座隔震效果的同时避免了结构隔震层位移过大的问题。     

基础隔震结构的楼面设计反应谱研究

依据基础隔震结构楼面反应谱的谱形特点，将谱曲线分段进行回归分析，确定各段谱曲线的形状，得到一种双峰值的基础隔震结构楼面设计反应谱。考虑影响基础隔震结构楼面反应谱的各主要因素，如结构动力参数、场地特性、地震动强度、结构与设备的相互作用和设备阻尼等，用正交试验法，分析基础隔震结构-设备组合体系的楼面反应谱，以拟合优度最大为目标，分段标定楼面设计反应谱的各特征参数并统计拟合出各特征参数的计算公式。通过三个实际的基础隔震工程-设备实例验证，结果表明：建立的标准化的楼面设计反应谱，能忠实地反映楼面反应谱的频谱特性，还原楼面反应谱的曲线变化，各段曲线的谱值可基本包络楼面反应谱；与时程分析法的结果相比，用该楼面设计反应谱求得各设备的地震作用，误差均在10%以内，说明该楼面设计反应谱具有较高的精度和较好的工程实用性。     

核电厂隔震结构的振动台试验研究

将基础隔震技术应用于核电厂的设计和建造,不仅可以实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计,缩短设计和建造周期,提高核电厂建设的经济性,而且可以提高结构的抗震裕度,有效抵抗超过设防烈度的地震动。为此,该文分别采用传统橡胶隔震支座和厚层橡胶隔震支座,制作传统水平基础隔震模型和三维基础隔震模型,结合油阻尼器控制核电厂结构的地震响应。通过振动台试验和数值模拟,对比了隔震模型和非隔震模型在时域和频域的地震响应。研究表明,在水平方向,两种隔震结构的水平加速度相对于非隔震结构均可以降低约50%;在竖直方向,三维隔震结构的楼层反应谱峰值向低频2Hz~3Hz移动,避开了设备和管道的主频率范围10Hz~20Hz,即可以实现设备和管道的竖向隔震。同时,试验和分析均证明对隔震层附加约为15%的水平阻尼比,可以有效降低结构的地震响应,并使水平楼层反应谱峰值减小约50%。     

基础隔震结构设计反应谱

基础隔震结构具有基本周期长，隔震层变形大，临界阻尼大的特点，规范反应谱没有给出该类结构的设计方法，为了简化基础隔震结构设计方法，便于工程的推广和应用，本文针对基础隔震结构长周期，大阻尼的特点，计算拟合了结构设计加速度反应谱和位移反应谱和位移反应谱，并给出了反应谱计算公式。     

悬挑大跨混凝土框架-剪力墙结构弹塑性分析及试验研究

某拟建文化艺术中心是一个具有大空间、大悬挑等特点的混凝土框架-剪力墙结构,结构一端为多层大悬挑结构,最大悬挑长度为22m,并且在顶层中庭有30m的大跨度区域,属平面和立面均不规则的结构。本文采用NOSACAD和ABAQUS有限元程序建立整体结构分析模型,进行7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构在大震作用下的变形情况、塑性铰的分布以及受力机理等。计算结果表明：结构的悬挑端在竖向地震作用下的动力响应显著,剪力墙受拉损伤在结构底部和悬挑楼层处较为明显;但在大震下层间位移角满足规范要求;并对结构裙房截断后的模型进行了1/30的大缩尺模拟地震振动台试验,验证了截断模型方法在本试验中的合理性,最后根据构件的受力或损坏情况给出了设计改进建议。     

基于地震动加速度反应谱的三维隔震结构摇摆性能研究

三维隔震结构在地震作用下存在显著的摇摆现象,影响三维隔震技术的隔震效果。而不同类型的地震动作用对三维隔震结构的摇摆特性影响不同。由此提出一种基于地震动竖向与水平向加速度反应谱谱值之比对三维隔震结构摇摆性能进行评估的方法,并利用有限元模拟进行验证。基于1567条不同类型的地震动记录,分析不同震源机制、震中距、场地类型对三维隔震结构摇摆特性的影响规律。结果表明,震源机制、震中距、场地条件对三维隔震结构摇摆的影响显著。当不同地震动作用调幅后结构竖向加速度响应相同时,在典型三维隔震结构隔震周期范围内（水平向2.0～5.0 s,竖向0.3～1.0 s）,逆断层和走滑断层地震动相比正断层地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;远场地震动相比近场地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;地震动在软土场地条件下相比其在硬土场地条件下所造成的三维隔震结构摇摆角更大。     

基于精细积分法的结构碰撞反应谱研究

碰撞是导致结构地震破坏的重要原因之一,其与两碰撞结构的动力性能和地震作用密切相关,应给出与两个结构动力参数相关的反应谱,以指导结构考虑碰撞的抗震设计。本文给出相邻结构碰撞加速度反应谱定义,推导了精细积分法碰撞计算公式,进行了该反应谱曲面的分析和探讨。结果表明,精细积分法适用于结构碰撞问题的计算,可得到高精度的解,无条件稳定且可提高计算效率。碰撞会加大结构的加速度响应;动力特性相同的两相邻结构产生的响应有差异;增大阻尼比和相邻结构阻尼比差别、以及设置足够大的初始间隙,可有效降低结构的碰撞响应。     

Elasto-plastic strain analysis by a semi-analytical method

The aim of this paper is to develop a simulation model of large deformation problems following a semi-analytical method, incorporating the complications of geometric and material non-linearity in the formulation. The solution algorithm is based on the method of energy principle in structural mechanics, as applicable for conservative systems. A one-dimensional solid circular bar problem has been solved in post-elastic range assuming linear elastic, linear strain hardening material behaviour. Type of loading includes uniform uniaxial loading and gravity loading due to body force, whereas the geometry of the bar is considered to be non-uniformly taper. Results are validated successfully with benchmark solution and some new results have also been reported. The location of initiation of elasto-plastic front and its growth are found to be functions of geometry of the bar and loading conditions. Some indicative results have been presented for static and dynamic problems and the solution methodology developed for one-dimension has been extended to the elasto-plastic analysis of two-dimensional strain field problems of a rotating disk.     

主动结构动力学特征与频响特性研究

对主动结构动力学特征进行理论分析,从不同角度对其分类、讨论代表性范例。分析主动结构与非自伴随结构之关系。探讨其频域特性、阐述其与被动结构频响函数之关系。通过数值算例揭示主、被动结构频响函数间差异,展示仿真系统左右特征向量。通过实验及数据处理,获得由自由-自由梁构造的主动结构频响函数,验证主动结构的频域特性。     

Extreme response statistics for drag dominated offshore structures

The paper presents a study of extreme response statistics of drag dominated offshore structures, subjected to severe sea states. The nature of the hydrodynamic forces acting on the structure is highly nonlinear under such conditions. Additionally to drag forces, the so-called inundation effect must also be taken into account. In the present paper a stochastic force model is introduced that captures both these phenomena in a fairly simple manner allowing for efficient calculation of the extreme response statistics. In fact, the proposed model opens up the possibility to calculate efficiently even long-term extreme response statistics, which is an important issue for the design of offshore structures. Comparison with the results of Monte Carlo simulations for a jacket structure indicates that good accuracy can be obtained for the extreme response predictions.     

地震作用下高位层间隔震体系参数优化设计

对地震作用下高位层间隔震体系中隔震支座参数的优化设计进行了研究。通过两自由度体系近似模拟多自由度结构层间隔震体系,将地震波简化为白噪声,优化目标为使层间隔震上部与下部结构频域振动能量和最小,推导了隔震支座优化参数的理论表达式,隔震支座的优化刚度系数和阻尼系数与上部和下部结构的质量比密切相关。在数值算例中,通过比较过滤白噪声激励下多自由度体系中的隔震支座参数化研究结果和两自由度体系理论结果,发现二者吻合良好;实际地震波记录激励下多自由度结构体系的响应与两自由度体系的响应规律一致。研究结果表明,多自由度结构高位层间隔震体系的隔震支座优化参数可基于理论表达式得出,可为高位层间隔震体系的初步设计提供参考。     

Elasto-plastic analysis of a circular opening considering material dilatancy and elasto-plastic coupling effects

The deformation and fracture of a surrounding rock mass are important bases of underground engineering stability evaluation and bolting design. In this paper, an improved elastic-perfectly plastic-brittle model is employed to analyze the mechanical property weakening behavior of surrounding rock, including the elastic zone, plastic zone, and fracture zone. Examining a circular opening under hydrostatic pressure, material dilatancy, and elasto-plastic coupling were considered for an analytical study of stress and displacement of the surrounding rock. The influences of the supporting force, dilatancy, and elasto-plastic coupling were analyzed for a deep coal mine tunnel. It is shown that the supporting force cannot significantly change the state of the stress distribution, but it has an outstanding influence on the displacement of the surrounding rock. Dilatancy and elasto-plastic coupling can both cause a rapid increase of fractured zone deformation of the surrounding rock. Additionally, the majority of deformation within the surrounding rock was derived from expansion-related deformation of the fractured zone in a residual-strength state.     

一种基于奇异谱熵和脉冲响应的结构损伤诊断方法

根据结构振动响应的行为会随结构状况的变化而改变的原理,提出了用奇异谱熵作为指标来评价结构状况的方法.采用脉冲响应序列重构相空间,在相空间中通过奇异值分解得到奇异谱熵,由熵的变化来判断结构损伤的发生.该方法直接利用结构响应,无需建立结构模型,减少了建模误差.为了抑制噪声对诊断结果的影响,引入循环移位树降噪技术进行降噪处理,分析了相空间维数、激励点和测点对奇异谱熵的影响.以ASCE学会提出的基准结构为对象,应用该方法对受脉冲激励的结构进行了损伤分析,结果表明该方法是有效的.