高耸结构地震瞬态反应计算与动力特性研究

为了研究高耸结构在地震作用下的动力特性,以HHT变换和简谐地震反应理论为基础,采用振型分解法对多自由度体系进行地震瞬态反应计算和分析,获得了长短周期结构的位移响应特征的差异;并提出了多自由体系的长短周期结构的判定标准。最后研究了某一烟囱在地震动作用下的动力特性,研究表明:120m高的烟囱在地震波作用下,在高度约50m以上的部分结构总位移受瞬态振动控制,体现了长周期结构的动力响应特性;在高度约50m以下的部分结构总位移受稳态振动控制,体现了短周期结构的动力响应特性。得出的有益结论为研究高耸结构在抗风振设计、施工荷载和突发性意外横向荷载作用下的结构性能提供一些基础性的资料。     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立相应的非线性有限元分析模型。为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合增量动力分析获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

内填黏土实心结构砖塔振动台试验研究

为研究实心结构古塔在地震作用下的动力反应及破坏机制,以陕西省西安市兴教寺玄奘塔为原型,设计制作了1∶8比例模型结构,进行了振动台试验。通过输入不同烈度的单向、双向及三向地震波,测试了结构楼层的位移及加速度反应,观测了结构破坏现象,分析了结构的动力特性变化规律,对比了各加载工况下结构各楼层地震反应的变化特点。结果表明,设防地震作用下塔体底部楼层首先发生水平开裂与塔身斜向开裂,随着地震烈度的提高,破坏区域随之向上延伸,结构自振频率降低,频响曲线峰值点增多;当地震烈度相同时,不同加载工况下结构的水平反应峰值相差不大,但不同地震波作用下竖向加速度反应峰值相差较大;动力放大系数随楼层高度呈"S"形分布,顶层的水平加速度反应最大,中部楼层的竖向地震反应最大。因此,古塔破坏是在水平向与竖向地震共同作用下发生的,结构的底部及中部楼层为抗震的薄弱部位。     

高耸塔台结构竖向地震模拟振动台试验研究

本文对一机场控制塔台的 1 /30配筋砂浆结构模型进行了模拟竖向地震的振动台试验研究 ,分析了该塔台结构竖向动力特征 ,并就其在竖向地震波作用下的响应规律作了探讨 ,为高耸结构竖向地震作用的深入研究和设计理论提供了试验依据     

用撞击原理分析高耸结构的竖向地震作用

在强列地震作用下,高耸结构的破坏除了因为水平地震的作用外,竖向地震作用的影响也很大。根据撞击原理,对高耸结构的竖向地震作用进行了分析计算,表明竖向地震作用的大小主要取决于地震烈度和场地土的类别;烈度和场地土类别较高时,结构的上部有拉力产生;烈度和场地土类别越高,上部结构的受拉范围和最大拉力越大;地基基础和下部的质量越大,受拉范围下移。     

某多塔连体高层建筑的竖向地震反应分析

针对设有长33.6m的连体和长16.8m悬臂的某多塔连体高层结构,采用ETABS软件对其竖向振动特性和竖向地震反应进行了分析。结果表明,该工程前三阶竖向振型的周期与场地卓越周期接近;前19阶竖向振型均位于反应谱平台段;竖向振动与水平振动存在耦合,意味着结构在水平地震作用下会产生竖向动力效应;在7度多遇竖向地震作用下,连体部分和悬臂部分的结构内力响应较显著而竖向位移响应均较小。     

超高耸烟囱的风速时程分析

采用谐波叠加法对高度为950m的超高耸烟囱进行了风速时程模拟,并对烟囱进行了瞬态动力学计算,得到了烟囱风振响应,最后计算了烟囱的位移风振系数,结果表明：西缪谱在350m高度范围内适用于高耸结构,烟囱的风振系数随高度增大而增大。     

结构高度对高耸结构振型贡献率的影响研究

结构的高阶振型对超高墩桥梁和烟囱类高耸结构的地震响应有较大影响,目前对高耸结构地震响应特性的认识还不够深入。为此,根据高耸结构简化计算模型,推导了高耸结构单阶振型贡献率和累积振型贡献率理论计算公式,并通过有限元模型进行了对比验证,研究了结构高度对结构振型贡献率的影响规律。研究结果表明:结构高度对底部剪力振型贡献率的影响最大,对底部弯矩振型贡献率的影响次之,对结构顶部位移的振型规律性影响最小。结构底部剪力和底部弯矩的第1阶振型贡献率随结构高度的增加先呈现出明显降低,后趋于稳定的变化趋势;而第2阶振型的单阶振型规律性呈现出先随墩高增加而增加,后有所降低的趋势。结构底部剪力和底部弯矩的前n阶振型累计贡献率随结构高度的增加而降低。     

考虑场地土影响的高耸结构竖向地震作用分析

高耸结构的震害资料表明,竖向地震作用对结构的破坏起很大的作用。根据冲击原理,考虑场地土的影响,对高耸结构的竖向地震作用进行了计算分析。结果表明,场地土类别对竖向地震作用的影响较大,场地土类别越高,竖向地震力越大。Ⅱ类场地土上的烟囱在9度区才会产生竖向拉力;Ⅳ类场地土上的烟囱在7度区就会产生竖向拉力,在9度区则会产生非常大的竖向拉力和竖向压力。因此在高耸结构的竖向地震作用计算中,场地土的影响因素应引起足够的重视。     

超高层建筑竖向地震响应的特点与应对方法

计算了6个不同高度和不同结构体系的超高层建筑模型的竖向自振周期和竖向地震响应;分析了超高层建筑竖向构件和水平构件的竖向地震动响应特征。研究发现,超高层建筑水平自振周期远大于场地特征周期,而竖向自振周期则与场地特征周期接近,竖向振动响应得到放大。根据设计反应谱,对于各种抗震设防烈度,结构总竖向地震作用标准值FEvk都至少是结构总水平地震作用标准值FEk的2. 44倍。进而提出描述超高层建筑受到竖向地震全过程的4个概化模型,并指出规范简化算法的局限性。提出竖向地震作用对P-Δ效应与P-δ效应的放大主要体现在P值增大,使得"重力二阶效应"变成"重力与竖向地震响应共同作用下的二阶效应"。采用时程分析法研究了水平构件振动加速度响应,提出二次振动和竖向构件错动对水平构件振动响应有显著影响。分析了采用振型分解法计算超高层建筑竖向地震响应时质量参与系数偏低的原因,并指出当结构高度超过某一数值时,竖向地震作用下的结构第一阶振型会从竖向振动转变为水平摆动。     

某超高层钢管混凝土柱框架-核心筒结构的抗震设计

通过一超高层钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构的抗震设计,给出结构的抗震性能分析结果及薄弱环节的加强措施。抗震设计除采用常见的小震分析方法和指标外,还研究中震下构件抗力与地震作用的关系,并与大震动力弹塑性时程分析的损伤情况进行比较。通过抗震设计发现,结构的层间位移角变化率反映弯曲型变形结构的竖向刚度变化,刚度急剧变化处的剪力墙在大震下易出现损伤;构件抗震富余承载力与地震效应之比揭示了结构的薄弱环节,钢管混凝土柱具有较高的富余抗力,而核心筒底部在拉弯内力下该比值偏低,大震下核心筒出现明显受拉损伤。     

地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥地震响应分析

为了研究宽箱鱼腹式箱梁在地震作用下的动力特性,对哈尔滨市某立交桥进行动载试验,并用Midas Civil建立有限元模型,分析该桥的动力特性。通过对比理论数据与试验数据,验证模型准确性,在此基础上对模型施加地震荷载,进行非线性时程分析,研究宽箱鱼腹式连续箱梁桥在地震作用下的响应。结果表明:地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥主梁横向抗弯及抗扭性能较好,各阶模态变形以主梁竖弯和桥墩侧弯为主,桥梁墩高对结构的振动响应影响较大,矮墩承受较大的水平地震力,主梁在纵桥向刚度较大,导致主梁和桥墩构件纵桥向地震响应同步。该研究可以为相关类型桥梁抗震设计提供参考依据。     

Seismic partitioned fragility analysis for high‐rise RC chimney considering multidimensional ground motion

In order to identify the vulnerable parts and areas of the high‐rise reinforced concrete chimney, this paper presents an effective method, which called partitioned fragility analysis. One 240‐m‐high reinforced concrete chimney was selected as the practical project, and its analytical model was created with ABAQUS software. The selected high‐rise chimney structure was divided into 17 parts, and then the damage probability of each part in different damage states was obtained with the fragility analysis considering multidimensional ground motions. Twenty ground motion records were taken from the Next Generation Attenuation database as the input motions, and the peak ground acceleration was selected as the intensity measure. The response of the chimney structure under multidimensional ground motions was obtained based on incremental dynamic analysis. The maximum strains of concrete and steel bars were defined as the damage limit states of the chimney structure. The fragility curves and surfaces obtained from this analysis showed that the vulnerable areas of the chimney structure appear at 0–20 m, 90–130 m, and 150–200 m along the height of the chimney respectively. Based analytical results, these vulnerable parts can be retrofitted to enhance the seismic resistance of existing chimney structures. And the partitioned fragility analysis method can also be used to improve the design of new chimney structures.     

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构整体缩尺模型振动台试验研究

北京大兴国际机场航站楼大跨度曲面钢网格结构超长超大,支承C形柱结构形式新颖受力情况复杂.为此,设计并制作了1/60缩尺模型,通过振动台试验研究其在8度多遇、设防、罕遇地震作用下的动力特性,并分析其在单向、双向、三向地震动情况下的加速度、位移和应变等地震响应.试验结果表明:模型整体结构在三向地震动作用下反应最大,且结构受...     

框架结构基础隔震建筑的三维地震响应

对某框架结构进行了三维有限元时程分析,考虑了基础夹层橡胶隔震垫的弹塑性和粘滞阻尼,分析了结构在地震波作用下的动力响应,为中高层建筑推广应用基础隔震技术提供了理论依据。     

高耸结构与高层建筑的竖向地震作用

本文采用时程分析法和反应谱法对烟囱、电视塔、高层剪力墙和高层框架等高耸结构与高层建筑的竖向地震反应进行了分析。其结果表明:1.在烈度为8度强的情况下,结构上部竖向地震内力可达到或超过重力内力;下部竖向地震内力可达重力内力的20％—50％。2.高耸结构与高层建筑竖向地震反应以第一振型为主,据此本文给出了计算高耸结构与高层建筑竖向地震作用的公式,可供抗震设计应用。     

基于ANSYS的大跨斜拉桥地震响应分析及性能评估

为研究西部高烈度地区大跨度斜拉桥的地震响应特点,以兰州市南绕城高速公路上一座跨径为177 m+360 m+177 m的结合梁斜拉桥为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立其空间计算模型,分析了该桥的动力特性。运用非线性时程分析法计算桥梁结构在50年超越概率10%和2%两种地震水平作用下的地震响应,并以构件的能力需求比评估了该桥的抗震性能。结果表明:地震作用下主梁纵向振动与横向振动基本不耦合,其竖向位移受纵向地震作用影响较大;由于结构的非对称性,5#塔（南桥塔）的塔顶位移及塔底弯矩均大于4#塔（北桥塔）;在E1和E2两种水平地震作用下,各桥墩和桥塔关键截面以及斜拉索最小能力需求比均大于1,满足抗震性能要求;各桥墩纵桥向能力需求比小于横桥向,而桥塔纵桥向能力需求比大于横桥向,建议在过渡墩和辅助墩上安装减隔震装置,加强其纵桥向抗震性能。     

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险; 相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大; 随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。     

砖砌体建筑体外预应力抗震加固技术研究

针对城镇既有砖砌体建筑抗震性能较差的问题,提出了一种适合多层砖砌体房屋的抗震加固新技术,即采用竖向无粘结预应力筋对砌体墙体进行加固,从而改善墙体的抗震性能,提高房屋的整体抗震能力。为了解该技术的加固效果,完成了两批共17片墙体构件的拟静力试验研究和一栋2层足尺房屋模型的拟动力试验研究。墙体构件的试验研究结果表明,该项加固技术可以大幅度提高砖砌体墙体的抗裂能力、受剪承载力和延性。房屋模型的拟动力试验研究则进一步表明,采用该项技术加固后,抗震设防烈度不足8度的房屋,在模拟9度罕遇地震的拟动力作用下基本保持弹性,抗震能力显著提高。在试验研究的基础上,提出了预应力加固砌体墙体的受剪承载力的计算方法。该技术在北京市怀柔区某多层办公建筑的实际应用情况表明,其具有施工工艺简单、工期短、成本低等优势