单自由度体系地震残余变形分析及计算

地震残余变形是结构可修复能力的重要指标,准确分析结构的残余变形对于震后结构性能的评估与控制具有重要意义。基于对不同单自由度(SDOF)体系的弹塑性地震响应的统计分析,研究了不同参数对地震残余变形的影响,其中滞回特性、屈服后刚度、地面峰值加速度(PGA)以及最大弹塑性变形对残余变形的影响较大;同时结合理论分析提出了分别适用于弹塑性Kinematic滞回模型和Takeda滞回模型的残余变形简化计算方法。该方法是以先获得结构的最大弹塑性变形为基础的,能与传统的确定结构最大变形性能的抗震分析方法(Pushover方法)较好地结合。最后,以一钢筋混凝土单柱桥墩为例,详细阐述了所提出的方法进行单自由度体系结构的地震残余变形计算及震后结构性能评估的过程,分析表明基于Takeda模型的结构残余变形的计算结果偏于安全。     

鹿儿岛机场候机楼抗震补强——增设粘滞阻尼墙的结构三维弹塑性分析

通过对日本鹿儿岛机场不规则平面的3层框架结构候机楼每一榀框架的静力弹塑性分析,建立起X,Y方向每榀框架的三折线型弹塑性层抗剪恢复力特性模型.每榀框架的三折线层刚度模型用楼盖相连,组成一个三维的弹塑性结构模型,根据每一榀框架刚度退化型三折线滞回特性模型来完成非线性时程地震反应分析.最后,决定在候机楼适当部位增设速度型粘滞阻尼墙,并进行完整的三维结构体系的非线性地震时程分析.速度型阻尼墙的使用减小了结构加速度谱值和位移谱值,增大了地震时结构的有效刚度,减小了有效周期及位移反应谱值(S_d=S_aT~2/4π~2),将结构的变形控制在弹性区域即屈服点之内,几乎所有的结构构件都保持弹性功能状态.     

基于能力谱法原理的改进模态静力弹塑性分析

模态静力弹塑性分析法中,动力时程分析部分的可操作性较差,且分析结果不稳定.用能力谱法替代原有的动力时程分析,在现行规范加速度反应谱基础上计算结构各振型等效单自由度体系各性能水平的位移反应,然后将其转化为相应多自由度结构的位移反应,并通过平方和开方法求得结构的总位移反应,用其与结构某一性能水平的位移(层间位移角)限值进行...     

国家体育场大跨度钢结构罕遇地震性能分析

采用杆端塑性铰模型、动力弹塑性分析法和静力弹塑性分析法对国家体育场大跨度钢结构罕遇地震作用下的性能进行了分析。三维动力弹塑性分析的输入包括4组地震记录和1组人工地震波;静力弹塑性分析包括单向、双向和三向推覆共12种工况。结果表明,罕遇地震作用下,国家体育场大跨度钢结构最大位移小于其限值;主结构的塑性铰主要出现在桁架柱,数量很少,且屈服程度较轻;次结构的塑性铰数量少,极少数铰的强度下降至残余强度;结构的整体刚度没有下降,承载能力未达到最大。国家体育场大跨度钢结构设计达到了预定的抗震设防性能目标。对静力和动力弹塑性分析两种方法的结果进行了比较,探讨了静力弹塑性分析合适的加载模式,为大跨度钢结构的静力弹塑性分析提供了参考。     

等延性屈服点谱YPS

采用反向加载时刚度退化的修正克拉夫(Modified-Clough,MC)滞回模型,计算单自由度体系(SDOF)在4类场地下共370条地震波输入后的弹塑性动力时程响应.利用屈服位移在结构设计过程中的稳定性,提出了可描述屈服位移和屈服强度系数之间关系,且辐线周期用地震波特征周期标准化的屈服点谱YPS(Yielding Point Spectra).以屈服位移作为基本设计参数的YPS谱是一种等延性反应谱,其不但可以直接用于抗震结构的弹塑性设计,还可以用于验算结构在地震作用下的最大弹塑性位移反应.     

基于能力谱法的单自由度结构易损性分析

为进行基于能力谱法的结构地震易损性分析,采用选定的250条地震波对单自由度结构进行了弹塑性时程分析和弹性时程分析,建立了结构弹塑性时程分析最大位移与Pushover分析最大位移比的平均值和变异系数与相关参数的关系式,其中Pushover分析中的需求谱采用的是按相同地震波进行弹性时程分析建立的反应谱;通过Monte-Carlo方法分析了随机结构参数下Pushover分析得到的最大位移的概率特性,给出了最大位移平均值和变异系数的表达式;采用可靠度计算理论,给出了结构易损概率的计算公式和可靠指标的简化计算公式。结果表明:提出的易损性分析方法通过Pushover分析实现了传统结构易损性分析方法需要进行大量弹塑性时程计算才能达到的目标。     

钢框架二阶弹塑性分析的简化塑性区法

本文提出钢框架二阶弹塑性分析的简化塑性区法。它可以考虑轴力的ＰＤｅｌｔａ效应，残余应力，横截面刚度退化和塑性区长度等几何和材料非线性因素的影响。该法既弥补了经典塑性铰法不能考虑横截面刚度退化和塑性区长度影响的不足，又克服了塑性区法单元过多，因而多占计算机内存和花费机时的缺陷。计算分析表明，其结果令人满意。     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。     

日本“3.11”地震波MYG004与常用地震波特性的对比分析

日本“3.11”大地震记录波中的MYG004波是迄今为止记录到的地面峰值加速度最大的地震波.文章在调整MYG004波加速度峰值后,从加速度反应谱、比能密度、输入能能量谱三个角度将其与一组常用地震动加速度时程作对比,分析其频谱特性;并通过一个8层某框架结构的弹塑性时程分析,进行验证.     

框架结构的三维地震弹塑性分析

利用弹塑性有限元理论和基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,引入变刚度梁单元和弹簧模型柱单元,建立框架结构空间三维杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下的框架结构进行了弹塑性反应时程分析,得到了结构的自振周期、各层层间位移角和顶层水平位移曲线,并对两组结果进行比较。通过对框架结构的计算,得到框架结构在地震作用下结构的薄弱环节。     

大跨度悬索桥地震反应分析及其抗震性能评价

对一座大跨度悬索桥进行了地震反应谱分析和线性、非线性的地震时程分析,并在此基础上对该桥进行了抗震性能验算.反应谱分析考虑了周期和阻尼比调整,时程分析时考虑了地震动空间变异性的影响,非线性分析考虑几何刚度变化、大位移以及梁柱效应的影响.抗震性能验算分为强度验算和位移验算.     

基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析

提出了一种基于响应面法的LRB基础隔震结构地震易损性分析方法,考虑了LRB基础隔震结构中各子结构之间(即上部结构和LRB隔震支座)地震需求的相关性。分析中考虑地震动与LRB基础隔震结构物理参数的不确定性,以均匀设计法建立地震动-LRB基础隔震结构样本,通过对有限元模型进行非线性时程分析,分别建立各子结构响应均值、方差及其相关系数与不确定参数之间的响应面模型。在此基础上,采用蒙特卡罗模拟得到LRB基础隔震结构在不同性能水准下的地震易损性曲线。分析结果表明,所建立的响应面模型精度高、结构可靠,减小了复杂有限元模型非线性时程分析计算的工作量,有效提高了LRB基础隔震结构地震易损性分析的时效性。为了准确建立LRB基础隔震结构的地震易损性曲线,应考虑各子结构地震响应需求之间的相关性。     

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。     

Global and local seismic drift estimates for RC frames

The relationship between reinforced concrete building displacement responses to seismic loading calculated using multi-degree-of-freedom (MDOF) nonlinear models and equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) and MDOF linear models is examined. Displacement response is characterized by the peak roof drift (global deformation), maximum story distortion (local deformation) and the distortion location. A simple relationship between nonlinear peak roof drift, linear response spectrum, and effective building period is determined from parametric analysis of a set of frames subjected to a suite of ground motions. The relationship is expressed in terms of initial period using uncracked sections, a period factor, and a linear displacement response spectrum of particular equivalent damping. The best relationship was found to be in terms of the initial period factored by 2.0 and 2.3 for moderate and high seismicity ground motion, respectively, and using a 10%-damped linear response spectrum. The optimal period factor remained nearly constant for linear spectra with damping between 6% and 12%. A relationship between maximum story distortion for linear MDOF systems and nonlinear MDOF systems was sought in terms of maximum value and location. The ratios of maximum story distortions for nonlinear and linear analyses were found to vary significantly, as did the ratios between locations of these values. On average, the maximum story drift ratio from nonlinear analysis was 1.5 times the value calculated from linear analysis.     

沪蓉西四渡河悬索桥抗震性能研究

大跨度悬索桥必须进行可靠的抗震性能研究。以一座在建的山区悬索桥为研究对象,采用基于迭代拟合规范设计反应谱法合成一致激励、行波效应以及多点激励3种工况下的位移时程,并作为该桥地震动输入。采用两水准设防二阶段抗震设计方法,分别按纵向+竖向、横向+竖向对其进行线性和几何非线性地震时程分析。分析结果表明:多点激励的影响较大,线性与几何非线性分析结果较接近;经抗震强度、变形验算,该桥抗震性能满足要求。     

碧口心墙堆石坝抗震复核分析

 经历“5•12”汶川大地震后,碧口心墙堆石坝出现不同程度的震损现象。根据汶川地震自由场峰值加速度随断层距的衰减关系,利用距坝址较近的文县地震台站(062WIX)实测记录,推求碧口水电站坝址岩基输入加速度时程。通过类比相关工程室内大型动三轴试验资料,结合筑坝材料的工程特性,确定大坝填料的动力模型参数。基于三维动力有限元分析TSDA程序,计算得到的大坝震后永久变形、心墙动孔隙水压力与实测资料较为接近;大坝的绝对加速度反应不大,最大放大倍数仅为2.36倍,坝基防渗墙的动力反应也较小。由于坝址区位于汶川地震发震断层的上盘,虽然地震持续时间较长,但地震波的高频分量发育,大坝的动力反应小于依据《水工建筑物抗震设计规范》设计反应谱合成规范波的对应值。研究结果表明,采用现代重型振动碾压技术填筑的碧口心墙堆石坝具有良好的抗震性能,现阶段土石坝抗震计算理论与方法基本合理。     

Tests and analyses of a full-scale post-tensioned RCS frame subassembly

A series of cyclic tests of a full-scale one-story two-bay specimen frame, a substructure of a three-story post-tensioned (PT) self-centering (SC) building using reinforced concrete columns and steel beams, were conducted in the Taiwan National Center for Research on Earthquake Engineering. The objectives of the tests were: (1) to examine the connection performance, progress of damage, and strength degradation of the frame, (2) to assess the hysteretic responses of the frame subjected to various loading patterns, and (3) to study the effects of column restraints on the frame expansion. Time-history analyses of the three-story PT building subjected to the design basis earthquake (DBE) and the maximum considered earthquake (MCE) were conducted to investigate seismic demands of the proposed system. These tests confirmed the SC response of the PT frame and explored failure of the beam compression toe, which was never observed in prior tests of beam-column subassemblages. The nonlinear structural analysis computer program PISA could be used to simulate the experimental results well; time-history analyses of the three-story building showed that the proposed frame can meet seismic demands by MCE level ground motions.     

斜交角对公路连续斜交梁桥地震反应的影响分析

以标准跨径的两跨公路连续混凝土斜交桥为研究对象,建立动力有限元计算模型,分别进行了常遇地震影响下的反应谱分析和罕遇地震影响下的非线性时程分析,探讨了斜交角变化对连续斜交桥地震反应的影响,并得到了影响规律。     

Seismic assessment of steel frames with the endurance time method

In the endurance time (ET) method, structures are subjected to a specially designed intensifying ground acceleration function and their performance is judged based on their response at various excitation levels. A range of equivalent intensities can be covered in a single numerical or experimental simulation, thus significantly reducing the computational demand as compared to full nonlinear response-history analyses. The applied excitation intensity at various times has been correlated with those of the scaled ground motions. Response spectra of seven ground motions on stiff soil were used to produce intensifying acceleration functions that at each time window produce a response spectrum that is compatible with the template spectrum and proportionally scale up with time. The drift ratios and plastic hinge rotations compare well with those from ground motions in steel frames with various numbers of stories and bays. The locations of plastic hinges are also predicted quite satisfactorily by ET analysis. The sensitivity of the results to the selection of a particular set of ground motions is also studied.     

地震动幅值特性参数的工程适用性研究

提出了地震动幅值特性参数工程适用性的基本要求,据此对现有幅值的定义进行了简要评述,并通过其中六种不同幅值定义对结构弹性及弹塑性地震反应影响的显著性分析,给出了在工程应用中如何选择地震动幅值特性参数的建议。