多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅱ）——理论分析与试验结果比较

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先用Bouc-Wen模型模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向恢复力特性.在此基础上,提出一种双向水平地震激励下多跨连续隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并通过隔震连续梁桥结构模型振动台试验证实了所建立双向多自由度计算模型的正确性,以及铅芯橡胶隔震支座两水平方向力变形相互耦合作用模型的合理性.因此,对隔震桥梁LRB支座进行设计时,建议考虑支座恢复力的相互耦合作用;多维地震动输入时,特别是竖向地震分量较大时,进行橡胶支座设计时应考虑铅芯橡胶支座上有竖向拉力产生的情况.     

考虑双向耦合非线性的LRB隔震桥梁地震反应分析

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先建立了模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向耦合弹塑性恢复力模型,这一双向耦合弹塑性模型中的单向力和变形关系的骨架曲线为双线性。在此基础上,提出了一种双向水平地震激励下多跨连续LRB隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并对考虑和忽略LRB支座恢复力的双向耦合作用时隔震桥梁的非线性地震反应进行了算例比较分析。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震反应有重要影响,如果忽略这些相互作用的影响,支座位移的峰值将被低估,这对隔震桥梁设计是不利的。     

叠层橡胶支座与抗风支座组合隔震反应分析

为研究隔震层增设抗风支座对处于风压较大地区的隔震结构减震效果的影响,以某实际隔震工程为背景, 设定结构水平向减震系数分别小于0.53和0.40的目标,建立有(无)设置抗风支座的两种隔震结构模型,采用时程分析法对比结构在地震作用下的响应。结果表明,相较于抗震结构,两种隔震结构地震响应都有显著的降低;无抗风支座隔震方案增加了LRB数量,满足抗风设计要求,但降低了减震效果;而有抗风支座隔震方案,减少了LRB的数量,提高了减震效果。在正常使用条件和小震作用下,抗风支座参与工作,隔震层不屈服;当结构遭遇中震作用时,抗风支座能屈服并破坏,退出工作,不影响上部结构的减震效果。     

近断层脉冲型地震动作用下高层建筑组合隔震的减震性能研究

近断层地震动中的长周期、短持时、高能量的加速度脉冲将对长周期高层隔震结构的减震性能产生不利影响,尤其易使LRB(lead-rubber bearing)支座产生超限变形,导致在大的面压与位移共同作用下发生剪压破坏;此外,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。提出滑板支座、复位装置相结合的新型组合隔震系统,利用滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用。考察近断层脉冲型地震动作用下长周期高层隔震结构的地震响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR(sway-rocking)模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:近断层罕遇地震下LRB隔震系统因变形超限而失效;新型组合隔震系统能保证近断层脉冲型地震下隔震的有效性,且具有较为良好的减震性能,但相比普通地震动减震效果变差;对于Ⅲ,Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震体系的刚度弱化,致使层间位移角增大,且随着土质的变软增大的幅度也越明显。     

摩擦摆基础滑移隔震框架结构理论研究

为研究摩擦摆基础滑移隔震框架结构的隔震情况,以摩擦摆系统的理论为基础,选取多层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用有限元软件SAP 2000进行模型建立、工况定义、模型分析和数据提取。比较基础固定结构和基础滑移隔震结构在地震作用下的反应特性,如自振周期、楼层最大加速度反应、层间位移、层间剪力,分析其减震效果。研究结果表明: 合理设置隔震层的参数,公式计算结果与程序分析结果吻合较好,摩擦摆隔震系统具有明显的减震效果,大大降低地震作用下的结构的峰值反应包括自振周期、加速度反应、层间位移和层间剪力,某些减震率甚至超过90 %.     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。     

锥形非固结隔震结构理论与振动台试验研究

为了分析锥形非固结隔震结构的减震效果、支座耗能机理及支座受拉性能,对一缩尺1∶4的锥形非固结隔震钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验研究.分析了不同类型及强度的地震波作用下的结构上部及隔震层地震反应.试验结果表明,结构模型在8度和9度罕遇地震作用下,与其台面输入加速度峰值相比,其隔震层的加速度峰值减小10％～20％,上部结构顶层加速度峰值增加10％～50％,但和普通抗震结构相比具有明显的减震效果.在不同单向地震作用下,锥形非固结支座的滞回曲线饱满匀称;其上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量,耗能机理明确;地震波特性对支座受拉性能影响明显,但没有出现倾覆倒塌现象.锥形非固结隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值.     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

远场长周期地震下层间隔震结构的非线性减震分析

远场长周期地震动具有长持时、低频成份丰富等特征,部分地震动后期振动阶段产生多个循环脉冲,类似谐和振动;其可能对隔震建筑等长周期结构的抗震性能带来不利影响,需深入探讨。首先讨论远场长周期地震动的运动特征。然后以8条远场长周期地震与3条普通地震记录作为地震动输入,对一幢钢筋混凝土框架层间隔震结构进行了非线性地震反应分析。探讨地震波中的长周期成份,尤其类谐和成份对隔震结构减震性能的影响。提出在隔震层增设黏滞阻尼器,形成组合隔震方案;分析其对隔震层的限位保护效果与对隔震结构的非线性减震效果。结果表明:远场长周期地震作用下层间隔震结构的减震效果相比普通地震作用下的减震效果变差。特别在远场类谐和罕遇地震作用下,层间隔震结构的非线性响应相比抗震结构几乎无减小,甚至显著放大;隔震支座最大位移远超越其允许位移。组合隔震能较有效地控制远场长周期地震、特别是远场类谐和地震作用下隔震结构的非线性反应,尤其可显著减小隔震支座的最大位移,防止隔震支座破坏。     

核电厂隔震支座的受拉临界理论与结构振动台试验研究

基于隔震结构平移-摇摆耦合模型建立核电厂隔震结构的运动方程,提出支座受拉地震动峰值界限公式,并分析了高宽比和隔震周期对峰值界限影响规律。根据某核电厂结构设计了1∶10的振动台试验缩尺模型,分别进行了核电厂隔震结构在单向、双向和三向地震输入下的振动台试验和数值分析。结果表明:隔震技术能有效降低核电厂上部结构的地震响应,在单向和双向输入下,上部结构具有良好减震效果,水平向各层加速度反应谱峰值较台面输入峰值降低且结构主频向低频移动;在超设计地震输入下,隔震支座存在受拉现象。进一步对核电厂隔震结构振动台模型进行数值分析、试验结果及支座受拉临界输入理论对比,结果显示理论公式、数值分析及试验结果一致。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

Hybrid control of irregular steel highrise building structures under seismic excitations

Control of irregular highrise building structures under various seismic excitations is investigated using a hybrid control system consisting of a passive supplementary damping system and a semi‐active tuned liquid column damper (TLCD) system. Equations of motion for the combined building and the TLCD system are derived for multistorey building structures with rigid floors and plan and elevation irregularities. Major steps involved in optimal control of three‐dimensional irregular buildings equipped with a hybrid damper‐TLCD system are delineated. A wavelet‐based optimal control algorithm is applied to find the optimum control forces. Simulation results for control of two multistorey moment‐resisting space steel structures with vertical and plan irregularities show clearly that the hybrid damper‐TLCD control system significantly reduces responses of irregular buildings subjected to various earthquake ground motions as well as increases reliability and maximum operability during power failure. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值,进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究,对车辆轨道模型施加正弦地震波,试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守,且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动,引起车轮发生水平向晃动,致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的;接着对车辆轨道模型施加实测地震波,试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响;对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波,发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波,垂向地震波则对其影响较小;根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型,研究当考虑轨道不平顺时,地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响,通过数据分析表明,在一定范围内,地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大,为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。     

上部结构（偏心）对基础滑移隔震结构平－扭耦联地震反应的影响

本文对多层基础滑移隔震结构进行了水平双向地震作用下的平－扭耦联地震反应分析,研究了上部结构偏心和上部结构抗扭刚度对结构地震反应的影响,分析表明上部结构质量偏心较上部结构刚度偏心对基础滑移隔震结构地震反应的影响更大,因而应减小上部结构质量中心与隔震层质量中心和刚度中心的偏心距,以减小结构的扭转反应;当上部结构的质量偏心距较小时,其对基础滑移隔震结构的地震反应也有一定程度的影响,在结构设计应予以考虑;上部结构的抗扭刚度对上部结构的地震反应影响较大,增大上部结构的抗扭刚度可有效减小上部结构的地震反应,但上部结构的抗扭刚度对隔震层的地震反应影响较小。     

嘉德艺术中心结构模型振动台试验与竖向地震作用分析

嘉德艺术中心是同时带有大悬臂和大跨转换层的复杂结构,为保证该结构的抗震安全性,进行了1:16的缩比振动台试验,并利用ABAQUS进行了弹塑性分析。研究了结构的动力特性,研究了结构在8度多遇、设防、罕遇地震及9度罕遇地震下的加速度响应、位移响应及损伤过程。并讨论了大悬臂桁架和大跨转换层桁架竖向地震作用计算方法。研究结果表明:该结构具有良好的变形能力和延性,具有足够的抗震储备能力,满足规范"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设防要求;采用竖向振型分解反应谱法计算的竖向地震作用并不一定大于规范简化方法的结果,实际设计中宜取两者的包络;且对于8度抗震设防的大悬臂桁架和大跨转换层桁架,规范简化方法计算的竖向地震作用偏小,宜取重力荷载代表值的15%计算竖向地震作用。     

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。     

带限位器滑移隔震砌体结构考虑竖向地震作用影响研究

本采用多质点层间剪切型模型，建立了带限位器基础滑移隔震多层砌体结构在考虑竖向地震作用影响下的运动微分方程及滑移与啮合状态判别准则。研究表明，竖向地震作用的存在，使结构下部各层特别是首层的层间位移，层间剪力增加，隔震层加速度增加，且随地震烈度、竖向加速度峰值增大而增加，并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能。建议在高烈度地区考虑竖向地震作用对结构反应的影响。     

不同地震作用方向下混凝土核心筒基于增量动力分析的抗震性能评估

强震作用下,核心筒对混合结构发生破坏乃至倒塌有着重要影响。选择合适的地震输入,进行核心筒在双向或多向地震作用下的地震反应分析是值得深入研究的。采用动力时程分析方法,通过不同方向地震作用与单向地震作用下混凝土核心筒的地震效应对比可知,在进行结构设计时,大震作用下,斜向地震作用下的内力要明显偏大,仅考虑单向输入的水平加速度的设计结果会偏于不安全。并通过输入与Y轴45°斜向地震记录基于单条地震记录的增量动力分析方法（IDA方法）对核心筒进行抗震性能评估。结果表明,斜向地震输入对核心筒IDA曲线有一定影响,但各性能点对应的量化位移指标与Y向单条地震输入时相差不大。