考虑近断层地震的隔震结构增设黏滞阻尼器效果分析

介绍了新疆近断层地震动特点及其对隔震结构的影响。在太平洋地震工程中心地震记录数据库中选取2条近断层地震记录EL-CENTRO ARRAY#6波和CHY101波,再加上按规范反应谱拟合的人工时程一起作为输入。以喀什地区某医院隔震加固为背景,对采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系和铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系进行动力时程对比。分析结果表明,采用铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系在人工地震动和近断层地震动作用下的隔震效果都比较明显,而仅采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系在近断层地震作用下无明显隔震效果,结构安全性无法保证。为保证隔震结构在各种地震动作用下的稳定性及安全性,应在隔震层中增设黏滞阻尼器,以增大结构的附加阻尼,提高隔震效果。     

近断层地震动作用下摩擦摆隔震体系的参数研究

首先以多自由度体系为研究对象,对近断层地震动作用下FPS隔震体系的地震响应进行分析。分析表明,随着摩擦系数的增大隔震支座位移显著减小,而顶层加速度峰值先逐渐减小达到最小值而后又逐渐增大。然后以摩擦摆隔震支座耗散的地震能量最大为目标函数,以顶层加速度峰值和隔震支座最大位移为约束条件,对FPS隔震体系的参数进行优化。研究表明,在近断层地震动作用下FPS隔震体系摩擦系数的最优取值范围为0.08~0.12,最优摩擦系数随着隔震周期的增大而略微增大,随着质量比和上部结构基本周期的增大最优摩擦系数的取值可稍偏小,上部结构阻尼比的变化对最优摩擦系数的取值范围影响较小。     

脉冲型地震非线性粘滞阻尼隔震结构分析

选用实际的近断层脉冲型地震记录作为输入,研究了非线性粘滞阻尼对铅芯橡胶隔震结构的减震效果。分析表明,非线性粘滞阻尼对于减小隔震层位移始终是有利的,但是过大的阻尼参数会导致上部结构的加速度反应大幅增加;当广义阻尼系数不超过某一阈值时,速度指数的变化对上部结构影响很小,但较小的速度指数更利于控制隔震层大幅位移。     

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.     

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。     

近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动,对隔震结构动力响应的影响不同。选取含有向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲、无速度脉冲的近断层地震波作为地震动输入,对一个5层钢框架层间隔震结构模型进行模拟地震振动台试验。结果表明,层间隔震结构在含脉冲近断层地震作用下的动力响应,明显大于无脉冲近断层地震;向前方向性效应与滑冲效应对结构地震响应的影响与结构周期相关,对于中短周期结构,向前方向性效应相对滑冲效应引起的结构响应更大,对于长周期结构,则相反;层间隔震技术能有效地减小结构地震响应,隔震层上部结构的减震率大于下部结构,减震效果随着隔震层位置的升高而降低。     

变频变摩擦的摩擦摆隔震支座力学性能

为了解决传统摩擦摆隔震支座(friction pendulum bearing, FPB)刚度和阻尼特性固定不能适用于更为广泛的地震和结构条件等问题,研发了变频(曲率)变摩擦的摩擦摆隔震支座(friction pendulum bearing with variable frequency and friction, FPB-VFF),其刚度和阻尼特性随支座位移变化。分析了该支座的力学性能和工作原理,推导其理论本构模型和滞回特性参数表达式;建立FPB-VFF精细化有限元模型,得到其等效刚度、等效阻尼比和耗能等,研究滞回特性随支座参数的变化规律;进行了FPB-VFF力学性能试验,验证理论分析和有限元模拟的正确性。研究表明：FPB-VFF的等效刚度和耗能随滑移区2摩擦系数线性增加,等效阻尼比随滑移区2的摩擦系数呈反比例函数关系变化;相比FPB,FPB-VFF的等效刚度、耗能和等效阻尼比增大且最大增幅分别为146%、230%和30%。     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

减隔震装置对独塔斜拉桥抗震性能的影响

为研究常见减隔震装置在独塔斜拉桥中的减隔震效果,文章以某独塔斜拉桥为工程背景,采用Midas Civil有限元分析软件建立了全桥模型,对比研究了分别采用板式橡胶支座、铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器时桥梁结构的地震响应,进一步分析了阻尼指数α和阻尼系数C对液体粘滞阻尼器减隔震效果的影响,并对其参数进行了优化。结果表明:铅芯橡胶支座及液体粘滞阻尼器均能起到一定的减隔震效果,且液体粘滞阻尼器的减隔震效果更好;液体粘滞阻尼器的阻尼指数α及阻尼系数C对该独塔斜拉桥结构的地震响应具有规律性影响,故在实际工程设计中,可以根据调整液体粘滞阻尼器参数,以达到最佳减隔震效果。     

近场橡胶支座隔震设计探讨

近断层地震动具有不同于远场地震动的动力特征.按建筑抗震设计规范设计了非隔震与橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层与远场地震动记录进行分析.近断层地震动作用下,隔震后结构的最大层间剪力与最大层间位移均减小为非隔震结构的0.3倍左右,隔震对近断层地震动响应具有良好的减震效果;与远场地震动作用相比,近断层地震动作用下的上部结构最大层间位移角增大3～5倍,隔震层最大位移增大15倍,须对隔震层采取防止侧移失稳措施.现行规范以近场影响系数考虑近场橡胶支座隔震设计,尚需随近断层地震动研究新成果进一步完善.     

Effect of damping model on pre-yielding earthquake response of structures

The present paper examines differences between responses of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with viscous and hysteretic damping to earthquake ground motions. Only responses within yield limits are considered. The structural behavior of SDOF systems with hysteretic damping is modeled by a generalized elasto-slip model of the Masing type. The model leads to a force–displacement relationship similar to that proposed by Ramberg and Osgood. The responses of the two systems are compared for a number of earthquake records. To achieve consistent comparison, parameters of the linear system with viscous damping are determined by the secant stiffness method. In many cases significant differences in the peak displacement responses and energy values have been observed between the systems. This indicates that the prediction of the response of structures to earthquake ground motions before yielding based on linear models with viscous damping may not be as accurate as used to be believed. Tentative estimates of error associated with such predictions are presented.     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

Finite element formulations and theoretical study for variable curvature friction pendulum system

The friction pendulum system (FPS), a type of base isolation technology, has been recognized as a very efficient tool for controlling the seismic response of a structure during an earthquake. However, previous studies have focused mainly on the seismic behavior of base-isolated structures far from active earthquake faults. In recent years, there have been significant studies on the efficiency of the base isolator when subjected to near-fault ground motions. It is suggested from these studies that the long-duration pulse of near-fault ground motions results in significant response of a base-isolated structure. In view of this, an advanced base isolator called the variable curvature friction pendulum system (VCFPS) is proposed in this study. The radius of the curvature of VCFPS is lengthened with an increase of the isolator displacement. Therefore, the fundamental period of the base-isolated structure can be shifted further away from the predominant period of near-fault ground motions. Finite element formulations for VCFPS have also been proposed in this study. The numerical results show that the base shear force and story drift of the superstructure during near-fault ground motion can be controlled within a desirable range with the installation of VCFPS. Therefore, the VCFPS can be adopted for upgrading the seismic resistance of the structures adjacent to an active fault.     

一种基于滞变阻尼假定的混合结构抗震计算模态叠加法

黏滞阻尼假定导致现行用于混合结构抗震计算的时程分析方法存在不足。滞变阻尼假定与试验结果相符，克服了黏滞阻尼假定的缺陷。该文提出一种基于滞变阻尼假定的模态叠加法，对单一材料结构和混合结构皆适用，其阻尼矩阵构造方法简单、构造工作量小、物理意义明确，回避了基于黏滞阻尼假定时计算阻尼矩阵需要事先确定若干响应较为显著频率问题和需要计算模态阻尼比问题，有效改进了经典模态叠加法用于混合结构抗震计算的不足，可以得到更加合理的计算结果，与模型振动台试验的破坏形态更加吻合。     

软钢阻尼器的优化配置方法探讨

从理论上探讨了软钢阻尼器发挥最佳减震效果时结构应具备的条件。首先基于等效粘滞阻尼比的定义,推导了软钢阻尼器结构等效粘滞阻尼比的表达式,据此,进一步确定了结构等效粘滞阻尼比取最大值时的阻尼装置受剪承载力分配率,将其定义为最优分配率,从而明确了使软钢阻尼器的耗能量达到最大时软钢阻尼器结构所应具备的条件。     

传统木结构典型榫卯节点基于摩擦机理特性的低周反复加载试验研究

为研究榫卯节点接触面间的摩擦效应对榫卯节点减震耗能能力的影响,通过改变榫卯节点接触面间的摩擦系数,对3种古建筑中常用的透榫节点、燕尾榫、梁下有枋透榫节点模型进行低周反复荷载试验,并对基于摩擦特性的节点耗能能力的影响进行量化分析。研究结果表明：摩擦对3类节点的破坏形态、承载力及延性影响不大;透榫及梁下有枋透榫节点滞回曲线呈现出典型的反Z形,捏缩效应比较明显,且摩擦系数小的模型滞回环面积明显小于摩擦系数大的模型,燕尾榫节点滞回曲线较为饱满,未出现明显捏缩效应,摩擦系数改变对燕尾榫节点滞回环面积影响较小;摩擦对透榫及梁下有枋透榫节点初始刚度影响较大;透榫节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的2倍多,梁下有枋节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的1.4倍,摩擦对燕尾榫节点等效黏滞阻尼系数的影响主要体现在对节点耗能能力达到峰值的发挥速度上。     

非比例滞变阻尼线性体系的反应谱CCQC法

基于比例阻尼体系建立的振型分解反应谱法应用广泛,是各国规范常用的结构地震作用效应计算方法,直接将其用于非比例阻尼体系(如设置耗能阻尼器的结构)是不合理的.为拓展规范反应谱法的适用范围,在基于复阻尼模型的滞变阻尼模型复模态叠加法基础上,该文结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC (comple...     

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。     

基于改进迟滞阻尼模型的混合结构抗震分析SRSS法

混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件,无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,且时域计算结果稳定收敛,但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等,对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正,得到了改进迟滞阻尼模型,并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上,分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点,计算最不利地震作用效应组合,提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明,改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大,其增大幅度约为15%～20%。     

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。