建筑隔震结构地震响应计算的层间剪力校准系数法

隔震结构由于其优越的抵御地震能力而在实际建筑工程中得到了广泛的应用。针对建筑隔震结构,我国GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》所推荐的水平向减震系数法,通过引入水平向减震系数修正未采取隔震措施结构的反应谱法结果,间接获得采取隔震措施后结构的地震响应。该法具有较强的操作性,但其合理性一直受到工程界的关注。针对隔震结构的局部非线性行为,建立隔震结构地震响应的时域显式表达式,利用其降维列式优势实现隔震装置局部非线性自由度的高效降维迭代计算。结合随机模拟方法,统计获得非线性隔震结构在地震作用下的层间剪力。在此基础上,针对等效线性隔震结构反应谱法得到的层间剪力进行校准,获得各楼层层间剪力校准系数,然后采用该系数调整反应谱法计算得到的等效线性隔震结构各楼层的构件内力。采用所提出的层间剪力校准系数法和规范推荐的水平向减震系数法,对两个基础隔震结构进行地震作用效应分析,结果表明所提出方法能有效提高隔震结构地震响应的计算精度。     

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。     

复杂博物馆结构的隔震效应及地震响应分析

对具有竖向构件不规则、楼板开洞面积大、四周悬挑梁等特征的复杂混凝土框架—钢支撑博物馆结构,采用隔震技术处理后,基于时程分析法进行了层间位移、层间剪力等的地震响应分析,隔震后结构加速度响应仅为输入的30％～60％,最大层间剪力约为非隔震的40％.还根据基底剪力和外力做功等效原则提出了复杂结构模型向简化计算模型转化的等效刚度和隔震层位移等计算式,并对博物馆隔震结构进行了地震响应分析.计算结果表明,简化分析方法的计算精度与时程分析法相近.所提简化计算方法计算简便且具有较好的分析精度,可用于复杂隔震结构地震响应的快速分析.     

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]。     

一座框剪结构办公楼的隔震设计及探讨

对某框剪结构办公楼采用橡胶隔震支座隔震设计进行了探讨。采用等效侧力法和SAP2000非线性有限元程序方法,对隔震结构进行了小震水平剪力、大震隔震层位移计算;对非隔震结构进行了小震水平剪力的计算,并对隔震结构与非隔震结构在小震时的水平剪力进行了对比;将等效侧力法与SAP2000非线性计算的部分结果进行了对比,发现隔震结构计算的第一周期相差很小,但小震剪力比、隔震结构大震位移相差较大。通过合理布置隔震支座的平面位置,可使上部结构的质心与隔震层的刚心尽量重合,通过对隔震层偏心率的计算验证了其效果。     

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%。     

砌体结构加固及加层隔震模型的非线性数值模拟

研究砌体结构采用外套预制钢筋混凝土墙板加固以及加层隔震后结构在大震作用下的非线性动力响应。基于通用大型有限元软件ABAQUS建立砌体结构模型、加固结构模型以及加层隔震模型,对这些模型进行大震作用下的动力弹塑性分析。计算结果表明,在大震作用下加固结构较原结构的砌体部分承担的地震响应大大减小,非线性损伤也大大减轻,基底剪力大部分由外套结构承担;加层隔震不但不会加大原有结构的地震作用,反而会削弱下部结构的地震作用,进一步减轻砌体部分的非线性损伤。通过分析表明,砌体结构采用外套预制钢筋混凝土墙板加固技术减轻地震响应和损伤,可以取得良好的加固效果,加层隔震后的加固效果更好,文中提出的加固方法具有良好的应用前景。     

隔震结构的快速非线性弹塑性分析方法

目前我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)所推荐的隔震结构设计方法本质上是—种等效线性分析方法,为了方便工程应用,其水平向减震系数的计算过程采用了线性有效刚度和等效阻尼比近似模拟支座的非线_生特性,因此未能真实反映隔震结构在中震和大震下的响应,有必要采用非线性弹塑性时程分析方法更精确地计算隔震结构的地震响应。以目前常用的商用有限元软件为例介绍叠层橡胶支座主要参数与恢复力模型之间的关系。深入探讨CSI公司基于振型叠加的快速非线性时程分析方法(FNA)在隔震结构设计上的优越性。结合汶川地震援建项目映秀镇中心卫生院的非线性隔震设计,揭示了线性分析方法计算结果偏小的不合理现象,与非线性分析方法结果相比最大差异达到25%,同时验证了FNA方法在隔震设计中的高效性和精确性,为工程人员实现隔震设计提供了一条有效途径。     

一种基于单质点体系隔震结构简化设计方法的研究

基于基础隔震结构建立的单质点模型,提出了一种简化的隔震层设计计算方法——等效线性化位移法,通过输入目标参数进行迭代的等效线性计算,使隔震层位移状态收敛于系统的稳态工作点,以该位移为基础进行地震响应分析,同时给出了该方法的实用参数计算公式,进行罕遇地震作用下的参数影响性分析提高该方法的适用性.并以某6层框架基础隔震结构为...     

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。     

隔震框架结构的Pushover方法分析

Pushover分析作为结构抗震性能评估的静力非线性分析方法,可有效评估结构罕遇地震作用下的抗震性能。目前国内Pushover分析应用于抗震结构的研究较多,但用于隔震结构相对较少。本文先对高烈度区的5层和7层的框架结构,进行了分别采用倒三角和均匀加载方式的Pushover分析,并与非线性时程分析结果进行对比。针对相应的5层和7层隔震模型,进行了同样的对比分析。结果表明:对于抗震结构,Pushover方法的倒三角加载方式更合适;对于隔震结构,Pushover方法的均匀分布加载方式具有更高的精度。采用隔震设计后,结构层间位移和剪力大大降低,大震下上部结构基本弹性。对于隔震框架结构,采用均匀加载模式的Pushover分析在层间位移、隔震层位移等指标与非线性动力时程分析结果基本一致。推荐采用Pushover分析方法进行隔震框架结构抗震性能评估和优化设计。     

设置粘滞阻尼器的RC框架结构节点内力控制与减震分析

针对某4层RC框架结构部分节点核心区剪力设计值与层间位移角不满足规范要求的问题,引入消能减震技术对结构进行减震控制。首先,采用随机平均法对非线性粘滞阻尼器进行等效线性化,进一步基于YJK和ETABS软件平台采用振型分解反应谱法和时程分析法对等效线性化前后的结构模型进行分析,研究了结构节点内力、层间位移角和楼层剪力的变化情况。结果表明:结构增设粘滞阻尼器后,能有效减小结构节点内力、层间位移角和楼层剪力,使其在地震作用下满足规范要求,结构整体抗震性能得到有效改善;随机平均法可用于非线性粘滞阻尼器的等效线性化,等效线性化前后结构节点内力相差很小。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

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。     

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。     

非线性体系动力可靠性分析的等效Duffing体系法

等效线性化法是非线性结构体系的随机反应分析最常用的方法,但使用等效线性化法给出的反应结果进行结构动力可靠性分析会带来很大的误差。将一般非线性体系通过均方最小误差原则等效为Duffing非线性体系来进行结构动力可靠性分析。Duffing非线性体系可以通过FPK方程求得其稳态精确解析解,所以使用该等效非线性法进行结构动力可靠性分析不仅计算上方便可行而且精度较高。算例分析表明了等效非线性法分析结果可靠,且比等效线性化法的计算精度有明显提高。     

大震下智能隔震结构的能量响应分析

采用Bouc-Wen模型描述结构的非线性性质,建立了大震下智能隔震结构的绝对运动方程和瞬时能量方程。建立滞变结构状态空间表达式,以作者所在课题组的序列最优控制算法作为半主动智能隔震控制率,求解出结构的非线性地震响应。明确了瞬时输入能与结构位移响应最大值之间的对应关系,据此对智能隔震结构的减震性能作出评价。最后通过对具体算例的分析比较揭示了智能隔震结构在有效减小隔震层位移,控制上部结构响应方面的优越性。     

建筑结构弹塑性地震响应计算的等价线性化法研究

等价线性化法是一种可借助振型分解反应谱法计算结构非线性地震峰值响应的实用方法,并且能够在设计中预设结构的损伤位置和损伤程度,是一种值得推广的、并可用于复杂结构性能化抗震设计的工程实用分析方法。在前人研究的基础上,通过迭代计算确定结构的损伤模式,并采用更合理的等价线性化模型,完善了等价线性化法的实施流程,并采用该方法分析了一个平面规则结构与一个空间不规则结构的非线性地震峰值响应。与动力弹塑性分析结果的比较表明,所建议的等价线性化法在预测结构整体和局部构件的非线性地震峰值响应方面均具有较好的精度,且具有计算效率高,适用性强等特点。     

某砖混结构隔震设计研究与有限元分析

通过对某砖混结构进行建筑隔震设计,利用有限元软件ETABS建立了三维计算模型,研究并分析该砖混结构在设防地震作用下隔震前后结构的周期和隔震与非隔震层间剪力比,以及在罕遇地震作用下隔震层的最大水平位移。计算结果表明:砖混结构在设防地震(中震)作用下,采用隔震技术后,结构的周期明显延长,且满足相关规定要求,隔震结构层剪力与非隔震结构层剪力相比满足计算要求;结构在罕遇地震下,隔震层最大位移满足支座最大容许位移的要求。     

永久位移型地震动对建筑隔震设计影响初探

以自振周期大于2s的某实际钢结构建筑为研究对象,分别在设防地震和罕遇地震下,输入含与不含永久位移型地震动,分别计算得到隔震结构和非隔震结构的非线性地震反应。通过对比含与不含永久位移型地震动作用下的上部结构地震反应,进而分析永久位移对该类型建筑隔震设计的影响。结果表明：无论地震动输入是否含永久位移,与非隔震结构相比,隔震结构的层间剪力和倾覆力矩均显著降低,且降低幅度随着楼层的升高而增大;在含永久位移型地震动与不含永久位移型地震动分别作用下,各楼层层间剪力比值与倾覆力矩比值无明显差别,比值基本在1左右;在两类地震动作用下,计算得到的减震系数差别不超过10%;在两类地震动作用下,隔震层支座平均最大拉、压应力及位移相差不大,永久位移型地震动作用的放大效应不明显。