极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。     

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究.考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响.研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响.     

面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法(即分离式方法),这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了LRB基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比(即铅芯屈服剪力与LRB基础隔震结构总重力的比值)使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的LRB基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的LRB基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。     

近断层地震作用下不同隔震装置的RC框架抗震性能研究

对近断层地震作用下不同隔震支座对RC框架结构抗震性能的改善进行了对比研究。对比的隔震支座有:铅芯橡胶支座(LRB)、摩擦摆支座(FPB)以及恢复力-摩擦支座(R-FBI)。对基底隔震结构进行非线性时程分析。结果表明:通常LRB隔震框架会产生较其他两种隔震框架更大的顶层峰值位移、底层层间峰值偏移比以及支座峰值位移,即LRB隔震效果最差;FPB隔震框架与R-FBI隔震框架会产生非常相近的底层层间偏移比,而FPB隔震框架会出现较R-FBI隔震框架稍大的顶层峰值位移与支座峰值位移,即FPB隔震效果比R-FBI稍差,R-FBI隔震效果最好。     

不同地震烈度对LRB支座隔震效果的影响分析

为了研究在不同地震烈度下铅芯叠层橡胶(LRB)支座隔震结构的隔震效果,通过有限元分析软件SAP2000建立5层框架传统抗震和基础隔震模型,分别研究两种结构模型在七度、八度、九度地震作用下的动力反应。研究结果表明:地震烈度越大,隔震结构相对于抗震结构而言,层间位移和层间剪力的减小幅度也逐渐增大,即隔震效果更好。     

钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法

层间隔震是当前抗震防护技术中的热点问题之一。本文首先给出钢筋混凝土弹性矩阵的等效计算方法以及普通叠层橡胶支座(RB)、铅芯橡胶支座(LRB)等效弹簧单元刚度矩阵的计算方法;接着采用ABUQUS软件建立框架数值模型并设置相应的边界条件;最后以一幢8层钢筋混凝土框架结构建筑为例,通过数值计算,比较分析了以RB橡胶支座和LRB橡胶支座作为隔震装置的两种层间隔震方案的优劣。计算结果表明:与传统结构相比,两种层间隔震方案都能大大降低上部结构的加速度、位移响应;上部结构运动近似于刚体运动,抗震效果明显。总体上看,LRB隔震方案优于RB隔震方案。本文方法对钢筋混凝土层间隔震技术的数值模拟研究有一定的意义。     

基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

建筑结构基于位移的抗震设计分析

建筑结构抗震设计工作的开展,应立足于抗震性能提升的具体需求,采用基于位移的建筑结构的抗震设计方法。首先对建筑结构隔震/抗震设计与地震危险性分析进行阐述,进而探讨基于位移的建筑结构抗震设计优势,以及基于位移的建筑结构抗震设计方法。     

某多层框架结构隔震分析及设计

针对抗震设防烈度为8度(0.2g)的某多层框架结构进行隔震分析。利用YJK和ETABS软件建模,选取适当的地震波并且根据结构平面布置形式设置隔震支座。经计算对比分析得出,该结构在罕遇地震下剪力及轴力的最大值、水平位移以及隔震支座的应力均满足要求。最后,结合本案例给出了一个可行的隔震设计方法。希望可以为其他高烈度区框架结构的隔震设计提供借鉴。     

某医疗钢结构隔震设计与性能分析

隔震技术通过设置隔震支座,可延长结构自振周期,降低结构所受的地震作用.针对某医疗钢结构建筑,分别采用基于减震系数的分部设计法、直接分析设计法进行隔震设计,通过同时考虑上部结构非线性与隔震支座非线性的动力时程分析,对不同地震水准下隔震结构的抗震性能进行分析评价,同时与抗震结构的抗震性能进行对比.结果 表明:采用直接分析设计法设计的隔震结构抗震性能水平高于采用分部设计法设计的隔震结构的抗震性能水平;相比于抗震结构,隔震结构的剪力、上部结构层间位移及楼层加速度均较低,尤其是楼层加速度明显降低,能够保护内部设备不发生倾覆破坏.     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。     

Probabilistic seismic risk assessment of modified pseudo-negative stiffness control of a base-isolated building

Pseudo-negative stiffness (PNS) control of a base-isolated structure, which has a large damping ratio at the isolation level, is used to suppress isolator displacement without large force transmission to the superstructure during extreme earthquakes. However, potential increases in floor acceleration in the superstructure are induced by the large damping ratio, especially for low-to-moderate seismic input level. In consideration of structural functionality and safety, a modified PNS (MPNS) control scheme based on the ‘ideal isolation control principle’ is proposed, considering different seismic intensity levels. The effect of the MPNS control is investigated from three aspects, namely floor acceleration, inter-storey drift and isolator displacement within a probabilistic performance-based seismic engineering framework. Comparisons are made between MPNS control, conventional PNS control and passive damping control. A benchmark base-isolated building is used as a case study. In the seismic performance evaluation, the seismic intensity measures for different response parameters are optimised. An extensive parametric study is also conducted to identify the optimal control parameter to conform to the ideal isolation control principle. Results demonstrated that the MPNS control is an effective solution to the challenging problem of improving structural functionality at low seismic intensity, as well as structural safety from collapse at extreme seismic intensity.     

Equivalent viscous damping in direct displacement‐based design of steel braced reinforced concrete frames

Performance‐based design method, particularly direct displacement‐based design (DDBD) method, has been widely used for seismic design of structures. Estimation of equivalent viscous damping factor used to characterize the substitute structure for different structural systems is a dominant parameter in this design methodology. In this paper, results of experimental and numerical investigations performed for estimating the equivalent viscous damping in DDBD procedure of two lateral resistance systems, moment frames and braced moment frames, are presented. For these investigations, cyclic loading tests are conducted on scaled moment resisting frames with and without bracing. The experimental results are also used to calibrate full‐scale numerical models. A numerical investigation is then conducted on a set of analytical moment resisting frames with and without bracing. The equivalent viscous damping and ductility of each analytical model are calculated from hysteretic responses. On the basis of analytical results, new equations are proposed for equivalent viscous damping as a function of ductility for reinforced concrete and steel braced reinforced concrete frames. As a result, the new equation is used in direct displacement‐based design of a steel braced reinforced concrete frame. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

高层结构隔震设计工程实例

介绍了一个采用夹层橡胶垫隔震技术的高层建筑（十七层）的结构设计，设计中分别采用能量方法和时程分析法对隔震方案进行了可行性研究及优选，提出了确定隔震层上部结构的等效设防烈度以及水平位移计算及控制的方法。     

Seismic design of inelastic structures using equivalent linear system parameters: part 2 – application and verification

In this second part of the two-part article, the incorporation of a set of equivalent linear system parameters derived in the preceding article in a direct displacement-based design (DDBD) method is presented. By using the proposed design procedures for reinforced concrete and steel, 16 structures modelled as single degree-of-freedom systems are designed. Their responses are then compared with those obtained from a dynamic inelastic time-history analysis. The results show that the use of the proposed equations to calculate ζ_eq and T _eq and the incorporation of the proposed DDBD procedures to proportion structures will produce reasonably good results with relatively simple computation effort.     

近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。     

云南省博物馆新馆隔震结构模拟地震振动台试验研究

云南省博物馆新馆是采用基础隔震结构的大型建筑,其隔震层采用铅芯橡胶支座与橡胶支座。该结构为 钢-混凝土混合结构,具有楼板不连续、竖向杆件不连续等特点,并且屋面钢桁架设有多层钢结构悬挂层。为研究该隔震结构的抗震性能,进行了1/30比例模型模拟地震振动台试验。结果表明,8度多遇、设防和罕遇地震作用下结构未出现破坏,结构自振频率未有明显变化,结构保持为弹性状态;在多遇、设防和罕遇地震作用下主体结构加速度放大系数小于1,设防烈度地震作用下,层间位移角小于弹性层间位移角限值;隔震层支座滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;结构在不同地震波作用下的加速度和位移反应不同。结构4～6层测点加速度放大系数和层间位移(角)略大,模型顶部钢桁架系统隔震效果不明显。     

设有基础隔震-TMD的双层安全壳核电站结构抗震性能研究

为提高核电站的抗震安全水平,基于第III代核电站双层安全壳(内安全壳、外安全壳)的结构特点和非能动安全技术要求,提出了基础隔震(BIS)-调频质量阻尼(TMD)抗震结构。以我国“华龙一号”核电站为研究对象,以满足核电站基本安全功能对结构特殊抗震要求为目标,应用符合非能动技术要求的隔震减震技术,给出了符合双层安全壳结构特点的抗震设计理念。基于基础隔震核电站研究成果,应用上述抗震设计理念,在增加附加质量很小的情况下,实现了BIS与TMD相结合的抗震结构设计。与传统非隔震模型和基础隔震模型比较,研究了该混合抗震结构的减震机理。结果表明:混合抗震结构综合了BIS与TMD的优点,避免了BIS和TMD各自的内在缺陷,进而验证了提出的抗震结构的减震效果,可以满足核电站的特殊抗震要求。