考虑输入方向的大跨钢结构网架地震响应分析

针对空间网架结构的地震响应分析,一般仅采取沿主轴输入地震动,而实际地震输入方向有不确定性,且地震动输入方向会对结构响应产生重大影响.为了解地震动输入方向对大跨度网架结构的影响,文章选用跨度为178 m的山西某储煤棚作为研究对象,通过有限元软件ANSYS,采取了时程分析法,研究了该网架在不同输入角度下的地震响应.结果表明...     

考虑埋深影响的地下LNG罐振动台试验研究

地下LNG罐与地上LNG罐相比,拥有更好的抗震性、更高的安全性等优点,其工程应用是LNG罐结构的发展趋势,目前我国大陆尚无地下LNG罐的应用先例。振动台试验是研究地下LNG罐地震响应的一个重要手段,为考察不同地震动强度、不同液位、不同埋深情况下地下LNG罐的地震响应特性,基于1个结构模型设计并进行了2组层状剪切试验箱的振动台试验。LNG罐模型参照某22万m³LNG罐进行简化,考虑储液与结构、土与结构的动力相互作用关系对储液、结构、土(包括基岩)进行了相似设计。通过试验设计对模型和边界进行了合理的设置,振动台试验考察了不同工况下的地震响应规律,获得了LNG罐结构的动力响应特性。结果表明试验中展现出的储液-结构-土相互作用的部分特征与相近工程实测结果、经典理论具有一致性。     

考虑场地条件的高层建筑长周期地震反应特征分析

长周期地震动与长周期结构的地震反应是近年工程中研究的热点。本文首先选取了一个典型的含有软弱夹层的II类场地模型,分别输入普通与长周期的基岩记录,计算场地表面地震动及反应谱,并与标准Ⅱ类场地反应谱进行了对比,研究这类场地条件对长周期地震动的影响。再以某一典型长周期高层框架-核心筒结构为背景,分别以这三种地震动作为结构输入,采用SAP2000有限元分析软件,进行结构地震反应分析。研究结果表明:软弱夹层场地减弱了输入的普通地震波加速度峰值,但对其作用下的长周期建筑结构存在不利影响;此外,软弱夹层场地放大了长周期地震动的长周期成分,与上部结构发生共振,使得上部结构的地震反应剧烈。     

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。     

长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响

历次大地震中,长周期结构在长周期地震动作用下响应剧烈。本文着重对超高层建筑进行长周期地震激励下的抗震性能分析,选取了远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动3类典型长周期地震动记录各3条,为进行比较,同时选了3条普通地震动作为输入样本,采用ABAQUS有限元软件对一54层超高层结构分别进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,并将4类地震动输入下的结构响应特征进行对比研究。由结果可知:长周期地震动作用下结构的位移、位移角及损伤均大于普通地震动的响应,尤其是低频成分更丰富的远场类谐和地震动;长周期地震动输入下结构的最大层间位移角接近甚至超出限值。因此,长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响不可忽视。     

考虑地震动空间变化的曲线梁桥随机振动分析

为了从随机振动的角度研究地震动空间变化对曲线梁桥抗震性能的影响,以一座4跨混凝土连续梁桥为例,考虑了不同视波速、不同相干性以及不同场地条件对结构地震响应的影响,采用虚拟激励法对曲线梁桥在多维多点地震作用下的抗震性能进行了随机振动分析。结果表明:地震动的空间变化性会对曲线梁桥的地震响应产生显著影响;与一致激励相比较,结构在空间变化地震作用下的地震响应增大了2%~55%。其中场地效应对结构响应的影响最大。因此,在抗震设计中应充分考虑地震动的空间变化,以免低估结构的地震响应。     

地震多点输入下K8单层球面网壳结构响应研究

地震动经过长距离传播到达结构场地时会存在空间变化,考虑地震动空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。采用时程分析法,计算不同屋面质量、不同矢跨比和不同杆件截面尺寸的90m K8单层球面网壳结构在多点输入下和一致输入下的地震响应,研究网壳结构地震空间相关性效应与结构参数的关系。分析结果表明:结构参数变化对多点输入下结构的拟静力响应和动力响应影响不同,致使地震动空间变化性对不同参数结构的影响有较大差异。通过系统的参数分析表明:轻质屋面、小矢跨比、大杆件截面尺寸网壳结构受地震空间变化影响较大。     

球形储液罐地震反应分析

球形储液罐在地震荷载作用下的损坏易造成严重的人员伤亡和财产损失。特别是球罐多存储易燃、易爆介质,地震中发生破坏而引起的次生灾害对人类的生存环境将造成更为严重的影响和危害。本文运用大型有限元程序ANSYS建立了考虑液体晃动的1000m3球罐有限元模型,并对其进行模态分析和地震反应分析,此外还研究液体晃动对球罐地震反应的影响。分析结果表明:球罐内液体的晃动能够吸收地震能量,是有利结构体系抗震的。     

基于随机地震动模型的盾构隧道非一致地震反应分析

以常州地铁1号线为工程背景,建立了某一区间段双向盾构隧道的三维有限元计算模型。根据沿线Ⅲ类场地类别,基于随机地震动模型合成输入所需的多点随机地震动。计算双向盾构隧道在非一致随机地震动作用下的反应,与一致地震动激励的结果进行对比分析,得出该类场地条件下地震反应的一般特征。结果表明:非一致地震动激励增大了隧道的地震响应,沿隧道轴向方向各点地震反应存在差异,这种差异会影响轴向方向上的应力、应变,对隧道安全存在不可忽略的影响。     

某C形连续弯箱梁桥的地震响应分析

以某C形小曲线半径弯箱梁桥为工程背景,采用有限元软件Midas Civil建立桥梁的动力分析模型,采用动态时程分析法进行桥梁的地震响应分析,通过改变地震动水平输入角度获得结构的最大内力响应及最不利地震动输入方向,并对比了五种支座布置方式下桥梁地震响应的差别。研究表明曲线桥梁的地震响应受地震动输入方向影响较大,设计时应全面考虑各输入方向下桥梁结构的最大响应;固定支座的数量和布置位置对桥梁结构的动力特性、最大地震响应和最不利输入方向有很大影响。     

不同震源机制的近断层脉冲型地震动频谱特性及强度指标研究

将不同场地类别和震源机制上的118条近断层地震记录进行分类,基于基础隔震结构的双自由度体系简化模型,利用状态空间法及四阶龙格-库塔法对结构的弹塑性反应谱进行求解,研究了场地类别和震源机制对反应谱频谱特性的影响。通过分析近断层地震记录的3个强度指标与基础隔震结构最大弹塑性响应的相关性,探讨了基础隔震结构地震反应分析时强度指标的选取问题。结果表明,三种场地类别条件中,速度反应谱规律不明显,但逆断层地震动的平均加速度反应谱和逆斜断层地震动的平均位移反应谱均最大。场地类别和震源机制不同,地震动强度指标与结构响应的相关程度不同。因此在进行近断层脉冲型地震动作用下基础隔震结构地震反应分析时,建议考虑结构所在场地及地震动的震源机制后采用不同地震动强度指标来选择和调整地震动输入。     

设计用地震动总输入能量谱研究

地震动总输入能量的确定是基于能量的设计方法首先要解决的关键问题。本文以单自由度弹性系统为研究对象,分析了地震动三要素和结构自身参数对输入能量谱因素的影响。结果表明,地震动幅值、频谱特性和强震持时都对能量谱值有较大影响,其中频谱特性还影响能量谱峰值出现的结构周期段;结构阻尼比的增大能有效降低能量谱峰值。通过输入160条国内外历次地震中不同场地上的地震动记录,总结能量谱曲线形状规律,提出了设计用三段式简化能量谱曲线。给出了地震动记录所属场地类型的划分标准,建议了确定能量谱峰值的不同场地条件地震动频谱特性V/A和强震持时tD的取值,采用标准化方法提出了4类场地条件的设计用能量谱曲线峰值及其它参数的计算式,给出了结构设计总输入能量计算过程。算例分析结果表明,该输入能量谱形式简单、计算方便,结果安全可靠。     

刚性-亚刚性桩复合地基的振动台试验研究

本文开展了不同场地条件下刚性-亚刚性桩复合地基的振动台试验,对比分析了不同场地条件下刚性-亚刚性桩复合地基的地震动响应特性。试验结果表明:场地土特性对场地地震反应存在显著影响,不仅改变了桩体周围加速度峰值,还使桩顶的加速度时程曲线的形状发生了少许变化,对傅立叶谱曲线的影响也较大;与干砂场地相比,桩体在饱和砂土场地条件下沿桩身长度方向的应变峰值变化趋势更显著;地震动特性对饱和砂土场地的孔压发展存在影响;场地土特性对结构应变峰值影响显著。     

FAST反射面索网支承结构多点地震输入反应分析

地震传播至结构场地时会存在空间上的变化,考虑地震空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。针对口径500 m的射电望远镜(FAST)反射面索网支承结构,对其进行多点输入下的地震响应研究。采用现有较优地震动模型,模拟了338个模拟点处的地震动,采用线性内插法得到了2 395个FAST支座处的地震动。借助ANSYS分析软件,对FAST反射面索网支承结构进行了地震多点输入与一致输入的时程响应计算。分析结果表明:地震空间变化性在两个水平方向和竖直方向上对FAST反射面索网支承结构均有不同程度的影响,有必要同时考虑地震三个分量的空间变化性。在三维地震输入下,受地震空间变化性的影响,主索94.08%的应力增加,应力平均增加了87.04%,下拉索43.51%的应力增加,平均增加了21.88%,三维多点输入与三维一致输入下索的最大应力分别为835.43 MPa和671.10 MPa,均小于FAST用索的抗拉强度标准值;FAST反射面索网支承结构可以抵御预期地震作用。     

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。     

地震动非平稳特性对结构反应影响的试验研究

根据基于美国NGA数据库统计分析得到的地震动频率成分随时间的变化规律,人工拟合强度和频率非平稳特性程度不同的3组地震加速度时程作为输入,利用多子台振动台台阵系统对国家体育馆双向张弦梁结构屋盖模型(平面尺寸11.4m×14.4m)进行单向和多向地震输入下的动力试验,用于研究地震动非平稳特性对结构响应的影响。试验结果表明,结构响应随着地震动稳态持续时间的加长有增大的趋势,并且地震输入能量的集中,将可导致结构响应增大;地震动频率非平稳特性对结构响应的影响和频率随时间的变化有直接关系,后段周期明显长于前段周期的地震输入,对结构响应的增大效应比较明显。此外,地震动强度和频率非平稳特性对结构响应的影响规律对于不同的约束条件基本是一致的。     

考虑设计地震分组的深覆盖软土场地反应谱分析

基于汶川地震中不同震中距处获得的基岩地震动,合成了若干条非平稳基岩地震动做为输入,以不同震中距来考虑不同的设计地震分组,通过典型深覆盖软土场地地震反应分析得到地表加速度响应,对地表加速度响应的反应谱进行了分析。分析结果表明,设计地震分组对深覆盖软土场地反应谱影响较为明显,深覆盖软土场地反应谱与现行规范设计反应谱具有较大差异。最后,对其反应谱进行了拟合分析,得到符合深覆盖软土场地特征的拟合反应谱,为深覆盖软土场地上的结构抗震设计提供参考。     

立式储液模型罐的振动台试验研究

基于数值分析对1000m3立式储液罐的1∶4模型罐进行了振动台试验,研究了立式储液罐的自振频率范围;利用光纤传感器对地震作用下立式储液模型罐壁应变响应进行了测试,给出了地震荷载下罐壁上的应变分布,为立式储液罐的抗震设计与模型识别提供了试验与理论依据。     

无梁楼盖地震响应的试验研究与破坏机理分析

以某典型单层多跨无梁楼盖人防结构为研究对象,根据相似条件设计了场地土和结构模型,分别采用Elcentro波和Kobe波进行水平单向或双向耦合地震动输入,进行两种不同埋深情况下砂土地基中结构地震响应的振动台模型试验研究。给出了结构加速度、应变、位移等动力响应的量测结果,分析了无梁楼盖人防结构地震破坏机理。结果表明:双向耦合输入地震荷载比水平单向输入地震荷载引起的结构动力响应大;浅埋结构与深埋结构相比各种动力响应均明显增大;由于结构中柱相对独立,其动力反应较侧墙强烈;结构中柱上下端、侧墙上下角隅处都是容易遭受地震破坏的部位;竖向地震力对结构的动力响应产生明显影响,其破坏力不容忽视。     

不同场地条件下钢筋混凝土框架结构的地震反应分析

从"5.12"汶川强震记录中挑选出四川省自贡地形台阵8个台站和宝兴县2个台站的加速度记录,进行了不同场地条件下的地震波频谱特性分析,比较了复杂场地地形条件下的地震动差异。以某钢筋混凝土框架结构教学楼为工程背景,利用ANSYS软件建立教学楼结构的有限元模型,进行了结构动力特性分析;在此基础上,以10条不同场地条件下的地震动时程按照规范调幅后作为输入,对这一钢筋混凝土框架结构进行了地震反应分析,探讨了不同场地条件下结构地震反应的差异。结果表明:自贡地形台阵随着测站高程的增加,地震动幅值递增明显;与基岩地震波的频带分布相比较,土层地震波的频带主要集中在较低频段,土层的高频滤波效应明显;场地条件对结构地震反应的影响较为明显,高程最大的地震波作用下结构的最大剪力响应增大明显。