特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析北大核心CSCD

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

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。     

某超高层结构在长周期地震动下的结构响应分析

已有震害研究表明,超高层建筑在长周期地震动作用下易出现"共振"现象,而目前国内规范对此的涉及较少,给结构安全带来一定的隐患。本文选取日本十胜冲地震和台湾集集地震中长周期分量明显的2条地震动记录以及2条普通地震动记录作为输入,以某拟建超高层结构为研究对象,运用Perform-3D软件进行了6度多遇和罕遇地震下的弹性和弹塑性时程分析,对比分析了结构在长周期地震动与普通地震动作用下的主要响应。结果表明,长周期地震动造成的结构响应如结构顶点位移峰值、层间位移角峰值等相比普通地震动更为显著,对于该超高层结构应该考虑长周期地震动带来的不利影响。     

锅炉钢框架的抗震加固设计与分析

对已使用十多年的铸铁厂锅炉钢框架进行结构安全性检测和抗震设防目标下的多遇地震和罕遇地震计算。选取5条天然地震波和2条人工地震波,以及远场类谐和地震波与近断层脉冲型地震波两类长周期地震波各7条;基于结构抗震性能量化指标——层间位移角,对结构的变形特点和抗震性能进行了分析,根据计算结果,对既有结构提出了加固设计方案并对加固后结构进行了分析。结果表明：远场类谐和地震波对结构的响应最大,天然地震波最小;多遇地震作用下的最大层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的限值1/250;在罕遇地震作用下的层间位移角均小于GB50011—2010的限值1/50;结构平均层间位移角最大值出现在底层,为1/88,较原结构的1/62,减小了29.5%,加固设计方案满足GB 50011—2010的要求,实现了“小震不坏,大震不倒”的抗震设防目标。     

长周期地震波作用下超高层框架-核心筒减震结构动力响应分析

选取长周期分量明显的2组地震动记录作为输入,以一超高层框架-核心筒结构为背景,进行了7度多遇地震作用下的弹性分析,并与相应水准普通地震动记录输入下的地震响应分析结果进行了比较。结果表明:长周期地震动输入下结构的地震响应指标如基底剪力、层间位移角和加速度放大系数远比普通地震动的大,采用常规阻尼器已很难满足减震设计要求。基于黏滞阻尼器力学特性,提出了高性能位移放大型阻尼器,建立了理论公式,并对附加位移放大型阻尼器和普通阻尼器的超高层结构在长周期地震动作用下的地震响应进行对比分析。研究结果显示,位移放大型阻尼器对结构内力、位移和加速度的减震效果要明显优于普通阻尼器,能更有效地降低超高层结构在长周期地震动作用下的动力响应。     

长周期地震动作用下消能伸臂结构的反应分析

为了比较超高层结构和消能伸臂结构在普通地震动和长周期地震动作用下的反应差异性,使用天津某超高层结构,将其设计成固定结构和消能伸臂结构,选取3条普通地震记录和3条长周期地震记录,比较了两者的特性,然后将两类地震记录从两类结构的x向输入进行时程分析。通过对比响应结果可知,两类结构的地震反应在长周期地震动作用下时都要比普通地震动时大,原结构层间位移角在长周期地震动作用时超出规范值,但是消能伸臂结构有效将它控制在限值之下,消能伸臂结构对顶点加速度和楼层最大水平位移也有一定的减震效果。说明消能伸臂可以应用于实际工程。     

长周期地震动输入下某超限高层结构反应分析——以汶川地震和日本东北地震记录为例

由于长周期地震动记录相对缺乏,国内外对长周期地震动作用下高层结构的地震响应研究尚不充分。选取2008年汶川地震和2011年日本东北地震中长周期分量明显的3组地震动记录,首先对其绝对加速度放大系数谱和相对位移反应谱的特性进行研究;进一步以某超限高层结构为研究对象,同时以这3组地震动记录为输入,分别进行了8度多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,提取了结构的主要地震响应指标,并与相应水准El Centro地震动记录输入下的分析结果进行了比较。对比结果表明,长周期地震动输入下结构的地震响应指标如水平最大位移和最大层间位移角明显大于普通地震动记录输入下的响应指标,因此长周期地震动对超限高层结构的影响应引起足够的重视。     

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。     

长周期地震动对独塔宽幅斜拉桥地震响应的影响

为了预测独塔宽幅斜拉桥长周期地震响应,以便进行更合理的抗震设计和评估,采用Open SEES软件建立了某独塔宽幅斜拉桥的非线性有限元模型,基于傅里叶变换分析了长周期地震动频谱特性,对比研究了桥梁在远场谐和型地震波、近断层脉冲型地震波、普通地震波以及与设计反应谱匹配的人工地震波作用下的动力响应,并基于能力/需求法对该桥的抗震性能进行了评估。研究表明:长周期地震动对周期为2~4s的独塔宽幅斜拉桥的地震响应具有明显的放大作用,远场谐和型地震波作用下的内力响应为普通地震波的2倍以上,位移响应为普通地震波的18倍以上;主塔塔底截面抗震性能是全桥抗震性能的关键环节,长周期地震动会使塔底截面产生显著的塑性变形,导致主塔和主梁产生大位移,并引发支座破坏;背景工程的横桥向抗震性能比纵桥向更低,且长周期地震动对横桥向抗震性能的影响更明显。     

长周期地震动作用下超高层建筑结构响应研究

超高层建筑结构自振周期相对较长,易受长周期地震动影响,是抗震设计时值得关注的问题。从PEER强震记录库中选取了Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地共410条工程中常用的强震记录,以一栋高250m、自振周期为6s的超高层建筑结构为例,从输入与输出两个层面对长周期地震动作用下的结构响应进行研究。输入层面,以规范设计反应谱为比较基准,通过分析地震动加速度反应谱,了解不同场地地震动的频谱特征;输出层面,以规范设计反应谱作用下的基底剪力为基准,通过分析超高层建筑结构在各类场地地震动作用下的基底剪力,获得不同场地地震动作用下的结构响应水平;同时,引用日本国土交通省公布的长周期设计地震动进行横向比较,通过弹塑性时程分析得到的不同时刻下结构塑性转角分布情况及发展规律,揭露长周期地震动作用下结构的响应特征与控制因素。     

不同类型地震动作用下双柱墩梁桥的隔震控制

远场类谐和地震动更易引起桥梁破坏,为此,以某双柱墩梁桥为结构,分别建立抗震模型与隔震模型,分析其在远场类谐和地震动与普通地震动下的动力响应,揭示隔震后主梁、墩柱和支座的地震响应变化。此外,分析SSI效应时隔震梁桥的主梁位移、桥墩弯矩和剪力以及墩顶位移变化规律。结果表明;远场类谐和地震动下隔震可减少主梁纵桥向位移防止主梁与桥台碰撞,当类谐和地震动峰值加速度较大时,隔震梁桥桥墩横桥向地震响应较抗震结构会有所增大,带来不利影响;考虑桩-土作用的梁桥墩-系梁连接点纵向弯矩随着桩-土刚度减小而增大,墩-系梁连接点容易发生纵向弯曲破坏。     

高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应分析

将地震波进行经验模态分解(EMD)求得固有模态函数(IMF)并做希尔伯特-黄变换,求得地震动记录的累积能量谱以及边际谱。通过边际谱的平均特征周期或β谱2~10 s的加权平均值的定量方式区分出普通地震动和长周期地震动。为了考察高层隔震结构在长周期地震作用下的响应,建立一有实际工程背景的基础隔震的高层建筑模型;输入经过长周期地震波和反应谱与规范反应谱相符的地震波进行时程分析,比较两者作用下结构响应的异同。分析结果表明:定量的方式可以区分长周期地震动和普通地震动,将经过区分的长周期地震波作为输入,算例在长周期多遇地震及罕遇地震作用下,底部固定高层结构和高层隔震结构的楼层剪力平均值、层间位移角以及高层隔震结构的隔震层位移均较与反应谱相符的地震作用下大,隔震层位移的增大尤其明显。从隔震系数和层间位移角而言,长周期地震作用下的隔震效果较差。符合规范反应谱的时程分析表明该高层隔震结构本身隔震性能良好,上部结构性能接近大震弹性。因此高层隔震结构在等值PGA的输入下,长周期地震作用下,高层隔震结构在小震和大震下都很难满足设计要求,对于存在长周期地震动风险的情况下,需要开发适合于高层隔震结构的隔震体系。同时,拟输入地震动为长周期地震动时,等值PGA不是一个合理的指标。     

长周期地震动作用下高层结构地震反应的对比研究

从1999年台湾集集地震记录中分别选取4条远场长周期地震动和4条近场长周期地震动作为输入,在其能量特性分析的基础上,对比研究了某32层高层结构弹性地震反应的变化规律和差异。结果表明:随着地震动的Hilbert能量平均周期Tm E逐渐接近结构的基本周期,结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角逐渐增大;近场长周期地震动作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角普遍大于远场长周期地震动作用下的结果,且楼层的层间位移角明显超出了1/800的限值要求,设计时应关注长周期地震动作用下结构的变形问题。     

远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性

已有震害研究表明超高层建筑在远场长周期地震动作用下易出现长时间晃动的共振现象,国内超高层建筑在不同概率水平的远场长周期地震动作用下的响应特性有待验证。为此,参考实际工程建立超高层结构模型,利用已有方法确定不同概率水平的校验远场长周期地震动,对比分析超高层建筑在远场长周期地震动和规范设计地震动作用下的结构响应特性、非结构响应特性,以及居住者感受程度。分析结果表明：在结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下结构的层间位移角增大约15%,楼层累积滞回耗能提高约100%;在非结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下的中部楼层的位移敏感构件损坏、顶部楼层的长周期附属设备加速度响应、家具滑动和居住者不安度相对显著。超高层建筑主要应通过提高结构耗能能力和控制非结构响应来应对远场长周期地震动。     

远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构振动台试验研究

软土地基条件下土-结构相互作用(SSI)效应会对隔震结构的减震效果及动力特性产生影响。远场长周期地震动使隔震建筑这类长周期结构地震响应强烈,考虑SSI效应后地震响应可能更大。开展软土地基上层间隔震结构模型振动台试验研究,对比分析远场长周期和普通地震动下隔震层和隔震结构的楼层加速度和位移响应,研究远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构动力响应规律及减震效果。结果表明：软土地基具有明显的滤波效应,抑制高频分量,放大中低频分量;普通地震动下层间隔震结构的减震效果较显著,随着输入加速度峰值增大,减震效果降低,而远场长周期地震动下的层间隔震结构的减震效果比普通地震动下的差;基础及隔震层的转动效应明显,隔震层对基础转动有一定放大效应,远场长周期地震动下的隔震结构的放大效应较普通地震动下的明显,并对隔震层位移反应的影响较大。     

近断层地震动对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

研究了近断层脉冲地震动的工程特性.按照<建筑抗震设计规范>(GB50011-2010)进行抗震设计,选择具有前方向性效应、滑冲效应和远场地三类地震动作为输入,采用Sap2000时一座四层钢筋混凝土框架进行非线性时程分析.分析结果表明:对于顶点位移、层间位移角和基底剪力等结构动力响应参数,当结构的地震反应进入弹塑性阶段后...     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

Shaking table test of eccentric base-isolated structure on soft soil foundation under long-period ground motion

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈，且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大，而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应，极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响，对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后，周期延长比低于刚性地基结构体系，使减震效果下降；SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应，但在隔震层会出现较大扭转角；与普通地震动相比，远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大，隔震层位移可能超限，总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全，应考虑SSI效应后进行结构设计，且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

不同类型地震波作用下超高层结构动力响应分析

目前,由于长周期地震动的缺乏,国内外对于长周期地震动特性及在长周期地震动作用下的超高层结构地震响应的研究尚不成熟。该文选取长周期地震动Tom波、地表反应波LS-R波、普通地震动El Centro波作为输入,对在不同类型地震波作用下的超高层结构进行了模型振动台试验,并对试验结果进行了分析。通过对三条不同类型地震波作用下超高层结构的动力响应分析,以时频分析的角度分析了超高层结构地震反应与输入地震动特性之间的关系及超高层结构在长周期地震动作用下与普通地震动作用下的地震反应差异等。