基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程。引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解。采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极限函数。在此基础上,采用首次超越破坏模型,基于Possion分布假设和串联系统可靠度模型,建立了从整体上评价基础隔震体系抗震可靠度的简化分析方法。最后,通过一个基础隔震框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。     

隔震结构"小震不坏"的动力可靠度分析

本文探讨叠层橡胶隔震体系在“小震不坏”条件下的动力可靠度分析。基于等效线性化的隔震工程设计参数,建立非比例阻尼隔震结构模型。采用双过滤白噪声功率谱模型描述地震动,并用林家浩虚拟激励法进行随机响应分析。以各层的最大层间位移响应作为控制指标,取结构的弹性位移限值作为位移极限值,建立功能状态方程。根据一次二阶矩方法,用串联模式计算体系的总体可靠度。文末选用了一个7层隔震框架作为数值算例,探讨了隔震阻尼、寒冷环境、节点构造误差所引起的隔震层刚度上升,以及场地土类别等对体系动力可靠性的影响。     

基于动力可靠度的隔震结构参数模糊优化

分别选取Bouc—Wen和退化Bouc—Wen模型描述隔震层及上部结构滞变回复力，采用虚拟激励法进行隔震结构随机响应分析。用各层最大层间位移响应和累计疲劳损伤指数建立双参数的功能状态方程，用一次二阶矩理论计算隔震结构失效概率。选用一个隔震框架作为数值算例，探讨了低频过滤器、隔震阻尼比和隔震刚度对隔震结构各子系统条件失效概率的影响。建立了隔震结构参数多目标优化模型，用失效概率确定单因素评判的隶属度，并采用最大隶属度法对隔震参数进行模糊优化。     

隔震结构地震反应分析的实用计算方法

根据上部结构和隔震单元特性对隔震结构反应的影响,提出了可用于隔震结构反应分析的简易方法,避免从数学上求解耦联的非线性方程.将隔震层的恢复力模型等效线性化,以结构动力响应的Duhamel积分为基础,提出了一种新的结构动力响应的数值计算方法.     

基于不同参数的基础隔震结构非线性概率密度演化

为了研究不同设计参数条件下基础隔震结构非线性响应的概率密度演化特征,采用两质点模型来模拟基础隔震结构,隔震层与上部结构分别采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型来描述其非线性特征,运用概率密度演化理论,进行隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析。采用基于物理的随机地震动模型生成人工地震动,提出基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析的基本步骤。通过改变基础隔震结构的设计参数,同时考虑激励的随机性,研究基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化规律。结果表明,基础隔震结构的阻尼比、周期比和屈重比取合理范围,能使隔震结构上部和下部的位移可控。     

高压断路器隔震体系抗震可靠度分析

给出了基于随机地震动模型的高压断路器抗震可靠性分析方法。通过建立高压断路器及其隔震体系的有限元计算模型，分析了在断路器底部瓷套管根部加设叠层橡胶垫后的动力性能，分析中利用随机地震动模型，充分考虑地震动的随机作用，给出了四类场地土条件下结构的地震响应均值和标准差；利用一次二阶矩理论计算得到高压断路器的可靠度，给出了各场地土条件下的震害率曲线。结果表明不同场地土条件下隔震垫的减震效果有所差异。     

底部弱层非规则布置隔震结构的计算研究

提出了层单元方法,将楼板视为剪切弯曲深梁,用二次位移函数和一次转角函数描述楼面运动。同时建立了平面非规则房屋隔震结构动力反应的计算模型,用反应谱方法和时程分析方法计算分析了U型和L型底部弱层非规则布置隔震结构的局部变形的基本动力性能。     

考虑SSI效应的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利用虚拟激励法及均匀调制非平稳随机响应分析方法,分别从时域和频域角度分析不同场地条件下SSI效应对层间隔震结构的振动响应影响。结果表明：在刚性地基下,结构质量比对结构周期比及振型参与位移的影响较小,SSI效应放大了各子结构响应,尤其对下部子结构响应影响最大,各子结构在场地土差异下变化明显,软土场地下各子结构响应变大。     

复合隔震结构模型振动台试验研究

作者对一个二层复合隔震结构钢框架模型进行了振动台试验,该模型采用夹层橡胶支座与摩擦滑移支座并联组合作为隔震层,既能提供足够的弹性恢复力,又具有良好的结构耗能能力。试验测得结构各项动力响应,并将软件计算数据与试验数据进行了比较,结果表明复合隔震结构的加速度反应小,楼层层间位移也较小,上部结构基本为平动,结构耗能能力显著,而且软件可以很好地模拟结构的地震反应规律。     

基于隔震结构Benchmark模型的隔震层刚度分布分析研究

在隔震结构Benchmark模型的基础上,建立了相应的动力反应计算方法及计算程序,并在理想化隔震层刚度布置的情况下研究了隔震层水平刚度分布对基础隔震结构地震响应的影响.通过针对Benchmark模型设计的3种隔震方案的计算结果比较表明:当隔震层刚度中心靠近结构质心时,能显著降低结构的扭转反应,但同时增大了水平位移分量.文中在隔震结构Benchmark模型上建立的计算方法和结论为隔震体系计算和隔震方案设计提供了可靠的依据和途径.     

基础隔震结构的耗能分析

采用Bouc-wen模型,利用状态空间迭代法,对基础隔震结构进行了多质点的弹塑性时程分析,并根据此结果,利用能量方程,求得隔震结构的各项能量,绘制了各能量项时程曲线。以一实际工程为例,求得隔震结构的各项耗能情况,说明了基础隔震结构以减少地震输入和隔震层滞回耗能来减小对上部结构的损坏。     

带粘弹性阻尼器结构振动台试验设计——基于OpenSees的阻尼器尺寸选择

基于带粘弹性阻尼器钢框架结构振动台试验,提出了基于OpenSees的阻尼器尺寸选择方法。首先,通过试验获得一种特定尺寸阻尼器的滞回曲线,根据粘弹性阻尼器相似理论,将其转换为一系列不同尺寸的阻尼器滞回曲线。使用Bouc-Wen模型对它们进行参数识别并添加到结构分析模型中,利用OpenSees软件对添加阻尼器结构和纯框架结构进行不同水准的3条地震波下动力时程分析。最后,通过综合考查阻尼器的减震效果和最大应变来确定合适的用于振动台试验当中的阻尼器尺寸。结果表明,本方法可避免对不同尺寸阻尼器逐个进行性能试验,Bouc-Wen模型可较准确地模拟阻尼器力学性能,OpenSees非线性动力时程分析可准确模拟试验过程,根据提出的选择指标能简单方便地确定阻尼器的尺寸。     

Reliability of U‐shaped steel dampers used in base‐isolated structures subjected to biaxial excitation

A reliable performance of anti‐seismic devices when the upper‐structure is subjected to strong biaxial seismic excitation is of vital importance to ensure the latter doesn't reach critical behavior. U‐shaped steel dampers are hysteretic devices used to dissipate the earthquake‐induced energy of base‐isolated structures. In the framework of performance‐based design, which is gaining more and more recognition, it is of particular importance to assess the performance of base‐isolated structures with such dampers under different intensity levels of bidirectional ground motion. To achieve this goal, an analytical model able to simulate the bidirectional displacement response of an isolation system is adopted. Incremental dynamic analysis (IDA) is used to obtain the relation between the earthquake‐induced bidirectional damage of U‐shaped steel dampers and different intensity levels of the considered records. The performance of the dampers is categorized into 5 levels delimited by 4 limit states for which fragility curves are derived. The results obtained using the bidirectional approach are quantitatively compared to those given by employing an in‐plane model (widely used in current design practices in Japan) with the purpose of assessing whether the latter provides unconservative estimates of the performance of the dampers. The main conclusion is that, for large seismic intensities, the safety margin against fracture of the dampers is significantly overestimated when an in‐plane model is adopted. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Parameter identification of hysteretic model of rubber-bearing based on sequential nonlinear least-square estimation

In order to evaluate the nonlinear performance and the possible damage to rubber-bearings (RBs) during their normal operation or under strong earthquakes, a simplified Bouc-Wen model is used to describe the nonlinear hysteretic behavior of RBs in this paper, which has the advantages of being smooth-varying and physically motivated. Further, based on the results from experimental tests performed by using a particular type of RB (GZN110) under different excitation scenarios, including white noise and several earthquakes, a new system identification method, referred to as the sequential nonlinear least-square estimation (SNLSE), is introduced to identify the model parameters. It is shown that the proposed simplified Bouc-Wen model is capable of describing the nonlinear hysteretic behavior of RBs, and that the SNLSE approach is very effective in identifying the model parameters of RBs.     

基于滞回曲线以及结构动力方程的混凝土结构抗震稳定性分析

为准确全面地量化分析研究土木工程建筑中混凝土结构抗震稳定性,提出基于滞回曲线以及结构动力方程的混凝土结构抗震稳定性分析方法。首先采用滞回曲线描述混凝土结构在地震作用下的损伤情况,对滞回曲线模型拐点进行有效操作,确保动力方程对混凝土结构抗震稳定性进行有效分析。其次采用基于混凝土结构动力方程的抗震稳定性分析方法,对地震地面运动模型以及结构分析模型来分析混凝土结构的随机地震反应情况,得到混凝土结构随机反应的汇总量,在此基础上通过双参数的结构破坏模型,基于结构稳定性原理,获取运算混凝土结构抗震稳定性的概率表达式,再基于该表达式分析混凝土结构的抗震稳定性情况。实验结果说明,所提方法能够对土木工程建筑中不同类型混凝土构件抗震稳定性进行有效分析,分析结果准确且全面。     

Optimal design of an equipment isolation system with nonlinear hysteretic behaviour

Vibration isolation is well recognized as an effective mitigation strategy for acceleration‐sensitive equipment subjected to earthquake. In the present paper, an equipment isolation system with nonlinear hysteretic behaviour is proposed and a methodology for the optimal design is developed. An integrable constitutive model, derived from the mathematical Duhem hysteresis operator, is adopted for the isolation system. The optimization procedure is defined through a dual‐criteria approach that involves a transmissibility criterion combined with an energy performance criterion: the former consists in limiting the absolute acceleration of the isolated equipment below an allowable threshold value; the latter, in maximizing the ratio between the energy dissipation due to hysteresis and the input energy to reduce the isolator displacements. The seismic effectiveness of the nonlinear hysteretic isolation system is numerically investigated under natural accelerograms with different frequency content and increasing levels of excitation. Both ground‐mounted and floor‐mounted equipment items are considered in the analyses; in the second case, the dynamic interaction between the equipment and its supporting structure is taken into account in the design of the isolation system, and its effects on the isolation performance and the structural response are discussed. Comparisons in terms of effectiveness and robustness with a linear isolation system with viscoelastic behaviour are eventually provided. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.