高层结构三维基础隔震抗倾覆试验研究

为拓宽基础隔震技术的应用范围,开发了一种三维隔震抗倾覆支座并对其进行了试验研究。介绍了该支座的设计制作,通过拟静力试验研究其水平向和竖向力学性能。将该支座安装在一高层钢框架模型结构底部,输入不同场地不同峰值加速度的地震动激励,进行了有无三维隔震抗倾覆支座的地震模拟振动台对比试验,测试了模型结构的动力特性、加速度和位移反应以及基底剪力反应等。试验及分析结果表明:该支座具有较好的稳定性和较强的可靠性,结构在8度罕遇烈度地震作用下仍然是安全的;支座对结构在所给4条不同场地地震动作用下的动力反应有着良好的控制效果,且受输入加速度峰值的影响小。     

子结构隔震的巨型框架结构地震反应分析与振动台试验研究

为考察基于子结构隔震的巨型框架结构的实际振动控制效果,对一巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行数值分析和振动台试验。介绍了巨型框架结构原型,采用有限元方法对巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行分析,研究子结构隔震技术对外部主框架和内部子框架的地震反应控制效果。介绍了缩尺模型结构及其试验方案,对其进行了模拟地震的振动台试验,测量和分析了主框架和子框架的地震反应。有限元分析和振动台试验结果表明：子框架隔震后,巨型框架结构的基本周期得到延长,但隔震结构前6阶振型的振动都是以子框架振动为主,而非隔震结构前6阶振型的振动都是以主框架的振动为主。子框架隔震后,主框架和子框架的地震反应都显著减小,位置较低的子框架2的地震反应及其隔震效果一般要比上部子框架3的大。隔震子框架的变形主要集中在隔震层上,但隔震层变形小于主、子框架间的隔震缝宽度。     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧限位振动台试验研究

近断层脉冲型地震作用下基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏.本文设计制作了一个3层基础隔震钢框架试验模型与三类钢弹簧软碰撞限位器,进行了近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型试验.试验表明,弹簧限位器具有很好的弹性性能,近断层地震作用下基础隔震层软限位可有效控制隔震层变形,隔震结构体系减震效果良好.     

非固结锥形隔震支座振动台试验研究

对一缩尺1：4的采用非固结锥形隔震支座的钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验。通过输入不同类型的地震波,分析上部结构和锥形支座的地震反应。试验结果表明,在8度和9度罕遇地震作用下,上部结构的加速度峰值比输入加速度峰值增加10％～50％,和普通抗震结构相比具有明显的减震效果。由支座的滞回曲线可以看出,上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量。试验结果表明,非固结锥形隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值。     

天然地震与爆炸地震作用下网架结构动力响应及其隔震研究

针对某网架结构,建立了非隔震、采用传统水平隔震支座和三维隔震支座的结构有限元模型,并分别对其进行自振特性分析和爆炸地震、天然地震输入下的时程分析,对比分析了各工况下结构的动力响应。结果表明:爆炸地震波具有频带宽、高频成分丰富和持时短的特点;天然地震作用下网架结构的位移和内力响应要远大于爆炸地震作用下的结构响应;采用水平隔震支座和三维隔震支座后明显延长了结构的自振周期,三维隔震支座对结构高阶振型周期的延长效果更加明显;相比水平隔震支座,三维隔震支座的隔震效果更好、通用性更强。     

含减振子结构的巨型框架结构模型振动台试验研究

在含减振子结构的巨型框架结构(MFVCS)中,通过在部分主、次框架的连接处,即次框架柱底部和主框架梁之间设置隔震支座,从而形成减振子结构。为研究MFVCS的减震效果,设计并制作了一个几何缩尺比为1/25的模型,通过更换最顶部的子结构柱底的支座类型,形成非减振和单减振巨型框架两个结构。通过振动台试验,得到了两结构的动力特性和加速度、位移响应,并对比分析了不同地震动作用下的减震效果。结果表明：试验过程中主体结构损伤轻微;不同地震波作用下加速度和位移峰值减震系数平均值分别为15.1%和12.3%,加速度和位移均方根减震系数平均值均为22.2%;含减振子结构的巨型框架结构具有较明显的减震效果。     

大跨度钢桁架隔震结构隔震性能及影响规律分析

由于大跨空间结构竖向振动问题突出,水平隔震支座难以有效控制结构的竖向地震响应。将摩擦摆水平隔震支座和空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨度钢桁架中,分析钢桁架水平隔震结构和三维隔震结构的隔震控制效果。结果表明,水平隔震和三维隔震均延长了结构自振周期,隔震后一阶振型为上部桁架结构沿水平方向的整体平动。时程分析显示,在普通地震动、近断层脉冲型地震动和远场长周期地震动作用下,水平隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.4%和9.2%,三维隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.8%和24.4%,水平隔震支座和三维隔震支座对桁架峰值等效应力的平均隔震率分别为4.2%和17.7%。水平隔震支座和三维隔震支座对桁架水平地震响应控制效果基本相同,三维隔震支座对结构的竖向地震响应控制效果更好。     

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%。     

复杂博物馆隔减震结构地震模拟振动台试验研究

为研究某博物馆隔减震联合方案，对采用橡胶隔震支座基础和上部屈曲约束支撑的结构进行了1/30缩尺模型的地震模拟振动台试验。试验研究表明：在各水准地震作用后，联合隔减震结构仅出现轻微损伤，在设防地震后Y向第一平动自振频率降低了9.1%,罕遇地震后第一扭转自振频率降低了6.1%;加速度放大系数在隔震层为0.45,上部结构也均小于1.0;随着地震作用的增加隔震支座的耗能表现越来越好，从多遇地震下耗能仅约4 kN·mm,到罕遇地震下耗能最大值约达426 kN·mm。该结构的隔减震方案实现了预期减震目标。     

竖向地震作用对钢筋混凝土框架结构及三维隔震结构的影响

为了研究竖向地震作用对结构地震反应的影响以及三维隔震结构隔震效果,采用MATLAB编程计算了考虑竖向地震作用的反应谱,分析了竖向地震作用对结构加速度、速度与位移的影响;采用Open Sees分析程序建模并模拟了钢筋混凝土结构振动台试验,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,设置了三维隔震层并对隔震结构与非隔震结构分别进行了动力时程分析,对比分析了隔震、非隔震结构加速度、位移反应以及梁柱截面内力的变化。分析表明:新型三维弹簧隔震结构隔震效果良好,竖向地震动可以进一步降低水平减震系数;设置隔震墩能有效减小框架梁支座截面内力,但对梁跨中截面内力改变较小。     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

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。     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

低矮砌体结构隔震与非隔震振动台对比试验研究

摘要： 为将橡胶支座隔震技术应用到在我国村镇低矮砌体结构房屋,在室内地坪以上设置隔震层,设计和制作了隔震与非隔震结构模型试件,对其进行振动台对比试验。模型选取未设置构造柱圈梁的两层砖砌体结构,采用1/2的缩尺比例制作。通过对隔震和非隔震结构模型的动力特性、加速度反应、层间位移反应、层间剪力和结构剪重比进行对比分析,研究了低矮砌体结构隔震技术的减震效果,验证了相应构造措施的适用性。振动台试验表明：隔震结构模型在峰值加速度800gal（相当于10度设防）的地震波激励下,没有开裂和破坏,支座复位情况良好;设置隔震层可有效降低结构的自振频率,对加速度、层间位移、基底剪力的减震效果明显,在输入峰值加速度400gal的地震波时,顶层加速度减震率达67%,层间位移减小率为34%,基底剪力减震率达68%;随着地震动强度的增加,隔震结构的减震效果呈增加趋势。研究结果为低矮砌体结构民居隔震技术的应用和相关标准的编制提供参考。     

砌体结构外套预制钢筋混凝土墙板加固及隔震加层振动台试验研究

为研究砌体结构外套预制钢筋混凝土墙板加固技术的加固效果,并探讨在其顶部隔震加层的可行性,进行了3个相似比为1/4模型的振动台对比试验, 模型分别是加固砌体结构模型、加固后加层非隔震结构模型和加固后加层隔震结构模型。试验测试了模型结构的动力特性及其在不同地震作用下的动力响应,为了分析结构震损后的动力响应,在试验模型经历罕遇地震作用下的损伤后又继续进行不同水准地震输入试验。试验结果表明：加层非隔震结构的上部钢框架鞭稍效应非常明显;加层隔震结构有效延长了结构自振周期,增大了结构阻尼比。加层隔震结构既有效降低了下部砌体结构的地震响应又降低了上部钢框架的地震响应,其加固效果和抗震性能优越。同时,震损后加层隔震结构的隔震效果明显降低,下部砌体的加速度反应可能大于加固结构和加层非隔震结构,建议在设计时充分考虑这种不利影响。     

上海世博会中国馆抗震分析与振动台模型试验研究

2010年上海世博会中国馆建筑造型和结构体系独特,主体结构为4个钢筋混凝土筒体加组合楼盖,筒体间楼盖向上层层展开出挑,呈四棱台斗冠状.倒梯形的建筑造型使上部楼层的转动惯量增大,导致结构的第一振型为扭转振型,不满足现行高层结构设计规范的要求.为了研究该结构的抗震性能,检验和改进结构设计,利用有限元程序ANSYS对整体结构...     

巨-子结构减震体系基于能量的参数优化分析

建立了巨-子减震结构体系简化模型的运动方程,推导了结构弹性变形能等效速率功率谱。结构在随机地震激励下,分别以巨-子结构底层主结构弹性变形能和等效两自由度体系下部结构弹性变形能最小为优化目标,对比分析其最优参数以及减震系数。结果表明,质量比较小时减震机理表现为TMD质量调谐,质量比较大时为基础隔震,而中间区域为层间隔震。最后,通过减震系数的对比,体现了巨-子减震结构具有更好的鲁棒性。     

Dynamic characteristics and seismic response of frame–core tube structures,considering soil–structure interactions

In order to study the dynamic characteristics and seismic response of high‐rise buildings with a frame–core tube structure, while considering the effect of soil–structure interactions (SSIs), a series of shaking table tests were conducted on test models with two foundation types: fixed‐base (FB), in which the superstructure was directly affixed to the shaking table, and SSI, consisting of a superstructure, pile foundation, and soil. To increase the applicability of the model to the dynamic characteristics of real‐world tall buildings, the superstructure of test models was built at a scale of 1/50. This simulated a 41‐floor high‐rise building with a frame–core tube structure. The mode shape, natural frequency, damping ratio, acceleration and displacement response, story shear, and dynamic strain were determined in each of the test models under the excitation of simulated minor, moderate, and large earthquakes. The SSI effect on frame–core tubes was analyzed by comparing the results of the two test models. The results show that the dynamic characteristics and seismic response of the two systems were significantly different. Finally, these results were verified by performing a numerical analysis on the differences in the seismic responses of the FB and SSI numerical models under various simulated seismic conditions.     

Shaking table model test and numerical analysis of a long‐span cantilevered structure

This paper presents an earthquake‐resistance study program of a long‐span cantilevered story building. The program consists of a shaking table test study and nonlinear seismic analysis using finite element modeling technique. A 1/30 scale model of the prototype structure was designed and manufactured and then tested via the shaking table facility. Dynamic responses of the prototype structure under different earthquake excitation loadings were simulated. Dynamic properties, acceleration, and deformation responses of the scale down model under different intensity levels of earthquake were studied. The dynamic behavior, cracking pattern, and the likely governing failure mechanism of the structure were analyzed and discussed as well. The seismic responses of the prototype building were deduced and analyzed in terms of the similitude law. Furthermore, elaborate finite element models were established, and nonlinear numerical analysis of the prototype structure was conducted. The errors in the seismic response of the structure caused by structural simplification of scale down modeling are found small, and the dynamic behavior of the structure was not altered in the earthquake excitations. This test study provides a benchmark to calibrate the finite element model and a tentative guide in seismic design of such long‐span cantilevered story buildings.