高层斜交网格-RC核心筒结构地震反应能量分析

选用一定数量的地震波,采用PERFORM-3D有限元分析软件对5个不同结构特性的高层斜交网格-RC核心筒结构进行弹塑性时程分析,分析了此类结构在水平地震作用下总输入能在各能量项的分配规律;结构滞回耗能与结构参数以及地震动参数的关系;以及滞回耗能在构件和层间的分布规律。研究表明:结构滞回耗能和阻尼耗能为结构输入能量的主要耗散形式;不同地震波类型对结构滞回耗能影响较大;结构等效刚度比对结构总滞回耗能影响较小,然而对滞回耗能在各构件中的分配规律影响较大;结构滞回耗能主要为斜柱和连梁的塑性耗能,斜柱和连梁为关键耗能构件;斜柱及剪力墙耗能主要集中在底部楼层,而连梁耗能分布范围较广。     

基于能量分析强震持时指标的选择

基于能量结构地震弹塑性分析过程中,地震记录的强震持时是影响结构能量需求的重要指标。利用拟合设计反应谱的人工地震记录、对实际记录进行调整后与设计谱相匹配的地震记录以及实际地震记录,对不同滞回模型和不同自振周期的弹塑性单自由度结构体系以及按现行规范设计的12层钢筋混凝土框架结构进行弹塑性时程分析。通过分析5种不同类型的强震持时指标与结构总输入能、滞回耗能、阻尼耗能以及构件耗能之间的相关性,得到了与结构能量响应相关性较高的强震持时指标。结果表明,一致持时指标与各能量项之间的相关性较高,因此,进行能量分析时可选择一致持时作为参考指标。     

阻尼模型对混合结构地震耗能分析的影响

本文采用14条地震波对3个不同阻尼模型下的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解不同阻尼模型对结构耗能分析的影响,结果表明：阻尼模型的选取对结构总输入能的计算影响不大,但对于滞回耗能在总输入能中所占比例（滞回耗能比）有很大影响。采用刚度比例和瑞雷阻尼模型进行地震耗能分析获得的滞回耗能比随结构自振周期的增大而减小,但质量比例阻尼模型的计算结果受结构周期影响不大;采用刚度比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比与采用瑞雷阻尼模型相近,随着结构自振周期的增大,瑞雷阻尼模型会略大于刚度比例阻尼模型;采用质量比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比最大,随着地震波峰值速度与峰值加速度比值（V／A）的增大,刚度比例和瑞雷阻尼模型的计算结果会与质量比例阻尼模型趋于一致。     

钢框架-混凝土核心筒混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标.文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律.分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础.     

钢框架-混凝土核心简混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标。文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律。分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础。     

V形偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布

为将基于能量的抗震设计方法应用到多自由度结构的抗震设计中,选用20条远场地震波和15条近场地震波,对不同层数的V形偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布规律进行了研究,对比分析了远、近场地震下结构滞回能需求分布的不同,给出了滞回能需求层间分布系数的简化计算公式。研究表明,V形偏心支撑钢框架主要依靠耗能梁段发生剪切变形耗散地震能量;近场地震会加大结构底部响应及滞回能需求。     

并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析

在建立并联复合隔震结构运动微分方程的基础上,通过数值模拟,计算并研究了不同加速度峰值下,给定摩擦承压比的多自由度并联复合隔震结构的自振周期、最大基底剪力、最大基底剪力系数、最大层间位移、层间速度、层间加速度等地震响应以及隔震层的滞回特性,并与普通抗震结构、夹层橡胶垫隔震结构、摩擦滑移结构进行了全面对比分析和讨论。结果表明:并联复合隔震结构由于充分利用了复合隔震支座的优点,能够显著降低结构的地震响应,并且具有优良的滞回耗能特性。     

LRB消能墙在高层框架结构中的应用与分析

为研究LRB消能墙设置在高层框架结构中的隔震、消能与减震的效果,采用有限元分析软件ETABS对LRB消能墙高层框架结构的实际工程进行三维结构模型建模,同时对相同规模的框架剪力墙结构进行三维结构模型建模,在2组实际强震地震波El-Centro波和Taft波以及1组人工波作用下,对上述2种结构形式的三维结构模型进行动力性能分析并作比较。结果表明,相对于传统的框架剪力墙结构,LRB消能墙高层框架结构的自振周期能有效延长,LRB消能墙高层框架结构的楼层加速度、楼层剪力最大值以及层间位移得到明显的降低,并使楼层加速度和层间位移变得平缓均匀,从而达到隔震、消能与减震的目的。     

高层混凝土基础隔震结构的损伤与耗能评价

针对高层混凝土框架和框架剪力墙基础隔震结构,考虑水平双分量记录的4种不同输入方法(在水平面内按原地震记录最大幅值对应方向重新分解获得新的双分量记录,地震输入时将此两记录各自幅值较大分量分别对应结构较柔及较强方向),展开弹塑性时程分析对比,进行损伤及耗能评价。建立适用性更广的综合损伤指标,并建议以周期延长系数作为评价隔震效果的指标。研究表明:地震记录不同分解下的输入对能量反应影响不大,对损伤结果有一定影响;输入分解得到幅值最大的分量时结构损伤不一定最严重、耗能也不一定最大。框剪结构隔震效果较好,但滞回耗能在楼层分布上底层耗能突出,而框架结构滞回耗能沿楼层基本呈梯形分布特征。结构能量反应的时程变化特性主要受输入地震记录控制,与Arias强度曲线接近。     

钢框架-混凝土剪力墙混合结构的基本自振周期计算

分析了考虑钢梁与钢柱半刚性连接时钢框架-混凝土剪力墙混合结构的基本自振周期的计算,并与不考虑半刚性的钢框架-混凝土剪力墙混合结构体系做比较.分析考虑了钢框架部分节点的半刚性连接,推导了钢框架-混凝土剪力墙混合结构中钢框架部分的层抗侧移刚度,从而得到结构的基本自振周期.算例分析表明,考虑半刚性连接对结构的抗震有利.     

Earthquake response control of a super high‐rise structure subjected to long‐period ground motions via a novel viscous damped system with multilever mechanism

A novel viscous damped system and its principles are proposed in the paper. It is a novel viscous damped system with multilever mechanism that can improve the energy dissipation capacity of conventional viscous dampers. In order to compare the damping effects of the novel viscous damper with that of the conventional viscous damper, a shaking table test of a three‐story steel frame structure is performed. Testing results indicate that the novel viscous damped system is more efficient. The elastic time‐history analysis of a super high‐rise frame‐core tube structure is studied under the frequently occurring earthquake. Dynamic loads take two groups of ground motions with different period characteristics into account. Main response values such as base shear, interstory drift, and acceleration factor under long‐period ground motions are apparently larger than the seismic results due to standard ground motions. Responses between the undamped structure and the damped structure with conventional viscous dampers or the latest products are compared. It is concluded that the proposed viscous damped system can perform more effectively in reducing high‐rise structural responses subject to long‐period ground motions.     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构弹塑性层剪力分布研究

为研究弹塑性状态下半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构(BR-SPSW)的层剪力分布,设计了具有理想屈服模式的5层、10层、15层和20层的BR-SPSW结构等效拉杆简化模型。综合考虑结构层数、构件截面、近场地震速度脉冲效应及远场地震加速度循环累积效应对结构的影响,采用弹塑性时程分析方法获得了BR-SPSW结构在两类地震作用下的层剪力分布平均值,提出了BR-SPSW结构弹塑性状态的层剪力分布模式,并基于已有层剪力分布模式及GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的底部剪力法提出的层剪力分布模式进行对比。结果表明,近场地震波的速度脉冲效应和远场地震波的加速度循环效应对半刚性框架 屈曲约束钢板墙的层剪力分布影响较大,层剪力分布应综合考虑二者的影响。建议的层剪力分布模式在计算精度上优于其他层剪力分布模式,可为屈曲约束钢板墙结构基于性能的设计方法提供参考。     

弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱

本文对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱进行了分析研究.以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了结构和地面运动参数对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱与输入能量谱比值的影响.结果表明:阻尼比、延性系数、初始周期有很大的影响,而地面运动参数影响不大.结合现有的10种累积滞回耗能谱的计算模型和影响参数分析,建议了一个新的累积滞回耗能谱的计算方法.计算结果表明,本文建议的方法较好地反映了累积滞回耗能谱的影响参数和变化趋势,与现有计算模型有较好的一致性,且满足边界条件、便于计算.     

Seismic response of R/C structures subjected to simulated ground motions compatible with design spectrum

In seismic response analysis of building structures, the input ground motions have considerable effect on the nonlinear seismic response characteristics of structures. The characteristics of soil and the locality of the site where those ground motions were recorded affect the contents of ground motion time histories. This study describes a generation of synthetic ground motion time histories compatible with seismic design spectrum, and also evaluates the seismic response results of multi‐story reinforced concrete structures by the simulated ground motions. The simulated ground motion time histories have identical phase angles to the recorded ground motions, and their overall response spectra are compatible with seismic design spectrum with 5% critical viscous damping. The input ground motions applied to this study have identical elastic acceleration response spectra, but have different phase angles. The purpose of this study was to investigate their validity as input ground motion for nonlinear seismic response analysis of building structures. As expected, the response quantities by simulated ground motions presented better stability than those by real recorded ground motions. It was concluded that the simulated earthquake waves generated in this paper are applicable as input ground motions for a seismic response analysis of building structures. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

超高层错层隔震体系地震响应研究

超高层错层隔震体系是层间隔震体系基础上发展而来的一种隔震结构。建立了某超高层错层隔震结构有限元模型,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动和近断层脉冲型长周期地震动3种不同类型的地震动,分析错层隔震结构在3种地震动作用下的响应,并与层间隔震结构响应进行分区比较。结果表明：错层隔震结构和层间隔震结构在3类地震动作用下层间位移较小,基底剪力较小,塑性铰少,两种结构均具有良好的减震效果;在普通地震动作用下,错层隔震结构相比于层间隔震结构层间位移减小、基底剪力减小,其减震性能较层间隔震结构更优;错层隔震结构在不同长周期地震动作用下减震效果具有一定差异性,在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果稍优于层间隔震结构的,在远场类谐和长周期地震动作用下的减震效果稍劣于层间隔震结构的。在受远场类谐和长周期地震动影响的区域,错层隔震结构在设计时需对中部隔震层附近的核心筒予以充分关注。     

山地掉层框架-摇摆墙结构抗震性能研究

竖向刚度不均匀是山地掉层框架结构的突出特点,其在地震作用下的动力反应特性与普通框架结构存在较大的差异,山地掉层框架结构在地震中易在上接地层出现层屈服破坏机制。为改善该类结构的抗震性能,在山地掉层框架结构外部附加底部铰接、具有一定转动能力的摇摆墙,形成山地掉层框架-摇摆墙结构体系。对3个总层数为七层的掉不同层不同跨的山地掉层框架摇摆墙结构进行动力弹塑性分析结果表明,附加摇摆墙的山地掉层框架结构的基本周期较原结构的相差不大。摇摆墙设置在不同位置的山地掉层框架摇摆墙结构动力反应特性不同。摇摆墙的加入能够均匀结构各层层间变形,有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,可避免原薄弱层上接地层的破坏集中现象,实现了整体耗能机制。     

弹性SDOF系统的地震输入能量谱

本文以4种场地土条件下40条强震记录为输入,对弹性单自由度(SDOF)系统的地震输入能量谱进行了研究。首先研究了SDOF系统参数和地面运动参数对弹性地震输入能量谱的影响。结果表明,在中长周期范围,弹性SDOF系统的阻尼比和地面运动强度对能量谱峰值有较大影响;在长周期范围,随弹性SDOF系统阻尼比的增大,能量谱值也有所增大。随后,采用归一化能量谱方法,并根据能量谱曲线的特征,建议了简化三段式地震输入能量谱。在此基础上,根据4种场地土条件下40条强震记录能量谱计算结果的统计分析,建议了能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。     

Forward directivity near‐fault and far‐fault ground motion effects on the behavior of reinforced concrete wall tall buildings with one and more plastic hinges

Near‐fault (NF) ground motion having forward directivity and far‐fault (FF) earthquakes can generate different responses on tall reinforced concrete cantilever walls. In this paper, the behavior of the core wall buildings were examined by performing nonlinear time history analyses on 20‐story, 30‐story and 40‐story fiber element models. The concept of one, two, three and extended plastic hinge in the core walls subjected to the NF motions having forward directivity (pulse‐like) and FF motion was studied by carrying out inelastic dynamic analysis. At the upper levels of the walls, NF pulse‐like ground motions can produce considerably larger curvature ductility, inter‐story drift and displacement demands as compared with the FF motions. A new approach was proposed to obtain the moment demand and reinforcement required to balance the curvature ductility demand along the height of a core wall. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.