高层隔震结构双质点模型的地震响应单纯质点法研究

文中针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点法,该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值,推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。研究基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式,并通过利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。文中对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化,其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度,分析结果表明新方法计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相近,且能包络上部结构各层地震响应。本文所提方法计算量少,参数取值简便,可用于高层隔震结构地震响应的初步分析。     

规则隔震结构等效简化模型的研究

在Kelly等人研究的基础上,以结构周期、总基底剪力和总基底弯矩相等为等效准则,将多自由度结构简化为与之等效的两自由度模型结构。通过对一些规则结构的数值模拟分析,给出了这个模型结构系统参数的简化计算公式。这样对简化后的等效模型结构应用振型分解反应谱法,可求出原结构考虑高阶振型影响的结构最大地震反应。其计算简单、可不依靠计算机进行。而将这种等效方法应用于高层隔震结构,可较准确的对其最大地震反应进行预测。计算实例也证明了,这种等效方法是简便可行的。这为高层隔震结构实用设计方法的研究提供了基础。     

近场地震下层间隔震偏心结构的减震控制

提出了近场地震分析模型,建立了层间隔震偏心结构平-扭耦联运动方程。基于三刚片系简化模型分析了偏心参数对层间隔震偏心结构的影响规律,定量分析了近场地震中脉冲分量对层间隔震偏心结构地震反应的作用效应。研究了在隔震层附设黏滞阻尼器的参数优化规律并对某典型算例进行了仿真分析。结果表明,在层间隔震体系隔震层处设置参数合适的黏滞阻尼器可有效地控制上部结构、隔震层与下部结构结构的地震响应,减小结构的基底剪力,对改善层间隔震偏心结构的地震安全性具有非常重要的作用。     

基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测

本文建立了层间隔震结构最大地震响应时刻的能量平衡方程,利用RSS法求得隔震层与下部子结构的最大变形比,并给出了层间隔震结构全体弹性振动能、隔震层阻尼器滞回耗能和下部子结构粘滞阻尼耗能的表达式。通过引入设计用能量谱的概念,推导出了基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测式。最后以隔震层设置位置变化的12层层间隔震结构为仿真对象,验证了响应预测式的精度。结果表明,对于不同的输入地震波,响应预测曲线包络了大多数时程分析的结果,吻合良好。     

高层框架-剪力墙隔震结构地震响应研究

针对高层框架-剪力墙基础隔震结构,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,建立了高层框架-剪力墙基础隔震结构的动力分析模型,剪力墙为分布参数体系,框架结构为集中参数体系,通过边界条件把隔震支座及框 架-剪力墙结构中框架部分对剪力墙的影响引入到分布参数体系,推导出高层框架-剪力基础隔震结构的频率方程及振型正交条件,进一步应用Hamilton原理,推导出隔震层隔震装置作用在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动方程的解耦,然后通过振型叠加法求解结构的地震响应。通过对一栋10层框架-剪力墙基础隔震结构进行动力特性及地震响应仿真分析,结果显示,建立的动力分析模型能较好的反映结构的动力特性,提出的高层框 架-剪力墙隔震结构动力求解新方法能方便的求解结构的动力响应,与有限元数值积分法基本一致,可以反映地震作用下框架与剪力墙相互作用的经历。     

基于能量法的调谐黏性质量阻尼器地震响应预测式研究

建立附加调谐黏性质量阻尼器的多层钢框架结构,简要分析其力学模型。建立能量平衡方程,并给出主结构弹性振动能、阻尼器弹性振动能、阻尼器黏性阻尼耗能的表达式,推导出剪力系数和层间位移的预测式。提出质量阻尼能量分散系数和黏性阻尼能量分散系数的简化计算公式。利用时程分析法验证了预测式和简化计算公式的准确性。利用位移降低率和剪力降低率的不同线性组合得出不同使用要求下的阻尼器优化置放量。结果表明:(1)简化计算公式能够近似地计算能量分散系数;(2)本文的预测式包络时程分析法的结果,能够比较准确地预测结构的地震反应;(3)当采用优化分布规律,质量比为0.2,刚度比为0.8,阻尼器阻尼比为0.8时,各种使用要求下的减震效果最佳。     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析EI北大核心CSCD

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

摩擦摆基础滑移隔震框架结构理论研究

为研究摩擦摆基础滑移隔震框架结构的隔震情况,以摩擦摆系统的理论为基础,选取多层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用有限元软件SAP 2000进行模型建立、工况定义、模型分析和数据提取。比较基础固定结构和基础滑移隔震结构在地震作用下的反应特性,如自振周期、楼层最大加速度反应、层间位移、层间剪力,分析其减震效果。研究结果表明: 合理设置隔震层的参数,公式计算结果与程序分析结果吻合较好,摩擦摆隔震系统具有明显的减震效果,大大降低地震作用下的结构的峰值反应包括自振周期、加速度反应、层间位移和层间剪力,某些减震率甚至超过90 %.     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

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。     

密肋壁板结构简化计算模型对比分析

提要:密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,在结构计算中需要提出简化计算模型。结合课题组前期研究成果及现代高层结构计算理论,提出密肋壁板结构弹性阶段简化数值模型与解析模型。利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架-复合弹性板模型对结构进行时程分析,并验证简化数值模型的正确性;利用解析模型和数值模型对实际工程进行对比分析,验证解析模型的合理性。理论与试验表明：采用刚架-复合弹性板模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的数值模型具有一定的理论依据和可行性;提出的框架-复合墙模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的解析模型较为合理,为实际工程提供了一种较为简化、实用的手算解析方法。     

消能减震剪力墙结构体系的最优设计

提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法。采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程。求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比。数值分析结果表明了设计方法的有效性。该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中。     

高层建筑结构嵌固条件影响研究

该文对国内外考虑地下室及周边土体对高层建筑地震作用影响分析方面的研究进展进行了回顾,基于塔楼、地下室结构与周边土体的相互作用机理,建立可以考虑地基基础影响的力学模型。根据场地情况确定地下室周边土体弹簧及相应阻尼的计算参数。考察地下室顶板嵌固、地下室周边嵌固、底板嵌固以及土体-结构相互作用等4类嵌固条件在地震作用下计算结果的合理性,并研究塔楼单侧洞口长度对整体结构与结构构件受力性能的影响。分析结果表明:地下室顶板嵌固模型塔楼侧向刚度偏大,且无法考虑地下室与塔楼之间的相互影响。地下室周边嵌固模型无法反映地下室结构的变形与质量引起的惯性力,在地震作用下水平剪力沿地下室竖向减小过快,计算结果偏于不安全。底板嵌固模型忽略周边土体的作用,导致地下室在地震作用下水平剪力过大,计算结果过于保守。土体-结构相互作用模型可以较为真实地模拟地下室周边土体的刚度与阻尼,与其他计算模型相比,虽然塔楼性能变化较小,但地下室构件内力变化很大。单侧洞口对塔楼整体受力性能影响较小,但对框架柱和楼板的影响值得重视。     

隔震高层结构的悬臂梁模型的地震反应研究

对底部隔震悬臂梁的地震等效作用和效应进行了研究。水平力作用下具有弯曲型侧移曲线的悬臂梁在动力特征上与高层结构接近,隔震悬臂梁可作为隔震高层结构的一种等效的简化模型。采用伯努利-欧拉梁理论推导出底部隔震悬臂梁的周期和振型,利用振型反应分解谱法分析隔震悬臂梁的地震效应,研究隔震前后各振型的等效地震作用的变化。研究发现隔震高层减振的主要原因在于调整了各振型对内力的贡献比例,延长了高阶振型的周期,从而降低高阶振型的影响,实现减振的目的;隔震对结构上部和底部作用也不同,且对剪力影响大于弯矩;隔震层刚度越弱,对高阶振型的抑制作用越明显,隔震后与隔震前1 阶振型的周期比大于1.4 可取得较好的隔震效果,规则的隔震高层结构可只采用2 个振型计算。     

高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究

高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明:高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。     

基于整体可靠度的隔震结构参数优化分析

为了研究隔震结构关键设计参数对其在地震作用下整体可靠度的影响,将隔震结构简化的两质点计算模型,隔震层采用Bouc-Wen模型来模拟,上部结构采用刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,建立了隔震结构的运动方程,结合虚拟激励法与可靠度理论,分析了隔震结构在不同周期比、屈重比与阻尼比下的平稳随机地震响应与动力可靠度。并以整体可靠度为目标,对隔震结构的设计参数进行优化选取。将上述理论运用于设防烈度为8度的某隔震结构,分析了隔震层与上部结构的层间位移峰值的随机地震响应,并计算了隔震结构的整体可靠度。研究结果表明,隔震结构的周期比、屈重比及阻尼比的适当选取,能使隔震结构的隔震层与上部结构位移响应均较小,从而使隔震结构整体可靠度较高。从整体可靠度的角度对隔震结构的安全性进行评估,对隔震结构的合理设计及性态控制有指导意义。     

水下爆炸作用下固支多层片组结构的塑性毁伤研究

为研究固支多层片组结构在水下爆炸作用下的毁伤行为,以能量法为基础,建立了典型多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的塑性响应模型,给出了一定爆炸载荷迎面作用下固支多层片组结构的塑性变形以及剪切断裂毁伤计算方法。利用AUTODYN仿真软件,对不同工况下固支多层片组结构的毁伤进行了仿真研究,并开展了水下爆炸毁伤试验,测试了水下爆炸冲击波参数和多层片组结构的毁伤情况。结合数值模拟和试验结果可知,该理论模型可以很好的预测多层片组结构的毁伤破坏情况,包括其塑性变形层数、剪切破坏层数和最大破坏深度,为水下多层防护结构抗冲击设计提供了一定的依据。