型钢混凝土异形柱框架结构平扭振动反应及地震内力分析

通过对5层实腹式型钢混凝土异形柱空间框架结构模型进行三向地震模拟振动台试验,获得了结构平动、扭转、平扭耦合动力特性,并对结构的多维地震反应、耗能能力、损伤程度、地震内力及平扭振动规律进行了综合分析。结果表明:模型结构前4阶自振频率对应的振型形态依次为X向平动、Y向平扭、扭转和Y向平动;随着地震强度的增加,型钢混凝土异形柱框架结构的自振频率不断下降,加速度放大系数逐渐减小,结构塑性变形不断发展,结构内部损伤逐渐累积,地震能量耗散不断增加,整体累积滞回耗能时程曲线呈台阶势跃迁;在历经0.80g地震作用后,模型结构平扭耦合引起的层间位移角最大值为1/39,超过弹塑性层间位移角限值要求,模型结构的变形和能量双参数模型损伤指数达到0.56;对比模型结构扭转效应发现,偶然偏心平扭耦合作用对模型结构的抗震性能影响较小,其偶然相对偏心距小于0.1;分析计算模型抗扭刚度、地震内力可知,在加载后期,随着水平侧移的增大,楼层的等效抗扭刚度退化并不明显,表明结构具有良好的抗震性能和抗扭变形能力。     

隔震层(偏心)对基础滑移隔震结构平-扭耦联地震反应的影响

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,研究了隔震层偏心和隔震层抗扭刚度对结构地震反应的影响,分析表明,隔震层刚度偏心比隔震层质量偏心对基础滑移隔震结构地震反应的影响较大;隔震层的抗扭刚度对隔震支座位移有一定程度的影响,增大隔震层的抗扭刚度可减小隔震支座的位移;当隔震层中隔震支座均匀对称布置时,基础隔震偏心结构的地震反应可以得到较好的控制。     

基于强解耦方法的土—结构平扭耦联参数分析

为分析各参数对地基土－偏心结构相互作用体系的影响规律,本文利用地基土－单层偏心结构运动方程求得的解析解编制了MATLAB程序,详细分析了扭平频率比Ω、偏心率B、结构高宽比λh和地基土特性对相互作用体系自振特性、弹性地震反应的影响规律以及对平扭耦联程度的影响情况,得到了各种土性条件下,地基土－偏心结构相互作用体系与刚基上偏心结构在平动位移与扭转位移传递函数的差异与变化趋势等规律。     

地基土-两层偏心结构相互作用体系平扭耦联参数分析

为研究地基土－两层偏心结构相互作用体系的地震反应,本文对平扭耦联问题进行了参数分析。利用拉格朗日能量法建立了土－两层偏心结构相互作用体系平扭耦联运动方程,求得频域内解析解,并编制MATLAB程序,确定了影响两层偏心结构平扭耦联的主要参数,详细分析了扭平频率比Ω、偏心率B、偏心楼层位置和地基土特性等参数对相互作用体系弹性地震反应的影响规律,以及对平扭耦联程度的影响状况,得到了一些与刚基上偏心结构平扭耦联反应不同的参数影响规律,为工程计算和设计提供参考。     

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。     

高层建筑结构扭转振动效应控制研究

《高层建筑混凝土结构技术规程》限制高层建筑结构扭转不规则性的规定存在问题,控制扭转振动的措施需进一步讨论。规程为避免严重扭转不规则结构的出现,除对位移比进行限制外,还限制了扭转为主第一周期与平动为主的第一周期的比值,即高层结构设计应满足平扭耦联周期比的要求。通过改变结构的偏心率、扭转刚度和侧向刚度等因素,并分析耦联周期比和非耦联周期比的差别,发现规程在某些情况下并不能保证对扭转振动效应的控制效果。因此用耦联周期比限制结构扭转不规则性的措施不尽合理,设计中可采用平动变形能和扭转变形能的比值代替耦联周期比作为控制扭转振动的指标。     

基础隔震结构扭转振动反应分析

本文分析了地震作用下,基础隔震结构平动扭转耦连振动反应,讨论了隔震层水平刚度,扭转刚度与结构固有周期的关系,计算了基础隔震结构的地震扭转反应,结果表明：结隔层水平刚度减小,周期变工时,平均卓越型固有振动型的周期接近无偏心时的平动一次周期,对存在的扭转变形的基础隔震结构来说,通过减少隔震层的刚度偏心,可以抑制整个结构的扭转变形比。     

单层双向偏心结构振型影响参数推导分析

为了深入分析单层双向偏心结构平扭耦联参数的影响规律,建立单层双向偏心结构(3自由度)的动力方程,并采用数学领域中三次方程求解的盛金公式,推导出单层双向偏心结构的动力特性显式解析解。根据所得显式解的形式及其对应的判定条件,在合理范围内提取出不同于单向偏心体系的影响参数,分别为:相对偏心距、偏心角、主扭平频率比以及次扭平频率比。根据盛金公式推导所得的显式解析解,总结出结构的主要动力特性指标(频率和振型),进而分析了每个参数对双向偏心结构的平扭耦联特性的影响。结果表明,双向偏心结构平扭耦联参数与单向偏心结构有相似之处,但更为复杂,会涉及到主扭平频率比与次扭平频率比,且两者影响程度也有明显区别。     

形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器对偏心结构振动控制的研究

采用自行研制的SMA-摩擦串联复合阻尼器控制偏心结构的平扭耦联振动。SMA-摩擦串联复合阻尼器能根据结构的地震响应自动调节耗能单元工作状态,且构造简单、经济实用。建立了SMA-摩擦串联复合阻尼器控制下偏心结构在双向水平地震作用下的运动方程,并编写程序计算结构的时程响应。以一六层剪切型偏心钢框架为例,计算结果表明：合理布置的阻尼器能有效抑制结构质心位移和质心层间位移,且对扭转振动的控制效果更佳;阻尼器对结构质心平移加速度的影响不大,但显著改变了扭转加速度。     

非同轴刚度偏心高层建筑平-扭耦合风振响应的研究

提出了分析非同轴刚度偏心结构风振响应的基本框架。第一，建立了两层6个自由度（6DOFs）非同轴刚度偏心结构的动力方程。第二，将建立的动力方程扩展至多层（大于两层）非同轴刚度偏心结构情况。第三，基于顺风向、横风向及扭转风荷载功率谱，并考虑横风向与扭转风荷载间相关性及模态响应间耦合，建立了非同轴刚度偏心结构风致平-扭耦合响应的分析方法。最后，以15DOFs结构为例，通过设置结构不同刚度偏心，数值研究了非同轴刚度偏心对结构风致平-扭耦合响应的影响。     

地震作用下型钢混凝土异形柱框架动力特性及频谱反应分析

基于型钢混凝土(SRC)异形柱空间框架模型振动台试验,对模型结构的频谱特性、偏心动力反应、非线性反应规律进行了研究.结果表明:在三向地震作用下,模型结构在高阶振型中依次发生了Y向平扭和X向平扭耦合现象,振型形态依次为X向平动、Y向平扭、Z向振动、扭转、Y向平动;在强震作用下,模型X向、Y向、Z向和扭转自振频率分别下降3...     

基础偏心时土-非对称结构相互作用体系参数分析

为分析基础偏心对非对称结构平扭耦联的影响,建立了考虑基础偏心的地基土-非对称结构相互作用运动方程。利用强解耦方法解耦后,编制MATLAB程序。分别详细分析了基础质量偏心率和刚度偏心率对上部结构地震反应的影响程度。得出基础质量偏心率对上部结构的影响很小,而基础刚度偏心率对上部结构的影响相对明显,尤其是对结构扭转反应的影响。通过对基础刚度偏心率为?0.6与0.6两种情况进行时程分析,验证了参数分析所得到的规律。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

基于复杂三维有限元模型和鱼群算法的平面不规则结构中位移型阻尼器参数和位置的优化方法

平面不规则结构在水平地震作用下由于结构刚心和质心不重合而引起的结构扭转耦联使得结构位移比不满足规范要求。在平面不规则结构中布置位移型阻尼器能有效的减小结构的位移比,但阻尼器的参数和位置直接决定了对结构的扭转反应控制效果。首先设计简单的双向偏心框架结构算例,研究位移型阻尼器布置位置和参数对平面不规则结构扭转响应的控制规律。在此基础上基于基本人工鱼群算法结合有限元软件SAP2000API开发一种针对偏心结构中位移型阻尼器布置的优化模型,模型面向多维多自由度实际有限元结构模型,可同时对结构各层位移型阻尼器的布置位置和参数进行优化。最后,利用该文建立的优化模型对某位移比超限的多层不均匀偏心实际结构中的位移型阻尼器进行优化布置,结果表明该文优化模型计算出的位移型阻尼器布置方案使结构的位移比得到了有效的控制。     

近场地震下层间隔震偏心结构的减震控制

提出了近场地震分析模型,建立了层间隔震偏心结构平-扭耦联运动方程。基于三刚片系简化模型分析了偏心参数对层间隔震偏心结构的影响规律,定量分析了近场地震中脉冲分量对层间隔震偏心结构地震反应的作用效应。研究了在隔震层附设黏滞阻尼器的参数优化规律并对某典型算例进行了仿真分析。结果表明,在层间隔震体系隔震层处设置参数合适的黏滞阻尼器可有效地控制上部结构、隔震层与下部结构结构的地震响应,减小结构的基底剪力,对改善层间隔震偏心结构的地震安全性具有非常重要的作用。     

地基土-偏心结构平扭耦联分析模型与计算方法

提出了地基土-偏心结构相互作用体系分析模型,建立了5自由度相互作用平扭耦联运动方程.根据相互作用体系的特点,假设上部结构具有正交阻尼,单独对其采用振型分解法进行解耦,从而减少了自由度数,获得了频域内解析过程,分析了地基土性质对偏心结构平扭耦联状况带来的影响,为分析地基土一偏心结构平扭耦联效应提供了一种有效的计算方法.     

某高位转换框支剪力墙超限高层结构模拟地震振动台试验研究

某高位转换框支剪力墙超限高层结构,在5层设箱式转换层,其下为框支剪力墙结构,其上为剪力墙结构,因部分剪力墙结构不落地而形成竖向刚度不连续的结构体系。对该结构体系的特点、模拟地震振动台试验方案的设定、材料的选取、动力相似关系的确定以及模型结构的简化设计进行了介绍。测试了1/20整体模型模型结构的动力特性及其在8度多遇、基本和罕遇水准地震作用下的加速度、位移和应变反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果,用相似关系原理得到了原型结构的动力特性、层间位移、楼层剪力等动力反应。试验结果表明模型结构前3阶振型频率分别为5.101Hz（X向平动）、5.466Hz（Y向平动）和7.652Hz（整体扭转）,原型结构对应的前3阶振型周期分别为1.456s、1.362s和0.970s,扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比为0.66。在8度罕遇水准地震作用下,原型结构框支层、转换层和转换层以上结构的最大层间位移角分别1/805、1/317和1/145,框支柱及转换梁等构件完好,可见该结构布置合理,整体结构抗震性能较好,能满足“小震不坏,中震可修、大震不倒”之抗震设防要求。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的试验研究

通过振动台试验来验证调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动反应的减振效果及理论分析的正确性。设计了一个二层的单向偏心钢结构模型,在结构的顶层放置一个调液柱型阻尼器（TLCD）和一个环形调液阻尼器（CTLCD）并对其参数进行优化设计,在振动台上,分别对结构无控时的反应和设置调液阻尼器后的反应进行试验研究。通过分析结构模型在地震波作用下的加速度和位移响应,结果表明,调液阻尼器能有效抑制结构的在地震作用下的扭转耦联振动,而且同时设置TLCD和CTLCD的减振效果要好于单独采用TLCD或CTLCD时的减振效果。     

变刚度地基上基础隔震结构动力学特性变化规律试验研究

基于饱和砂性土地基动孔压比变化对地基刚度的影响规律,通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法,提出了变刚度地基上隔震结构振动台模型试验方法,并结合已完成的不同地基上土-桩-隔震结构系列振动台模型试验,分析了地基刚度变化对基础隔震结构动力学特性的影响规律。结果表明,随着结构-土体相对刚度比的增大,变刚度地基上基础隔震结构一阶自振频率降低,但体系阻尼比明显增大,尤其是隔震层的隔震效率发生了明显的降低。变刚度地基上结构-土体相对刚度比显著影响隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应,强震下结构-土体相对刚度比越大,隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应较刚性地基时增大越显著。基于系列振动台模型试验结果,初步给出了基于结构-土体相对刚度比的小高宽比隔震结构模型周期延长率、阻尼比、层间位移角SSI影响率以及隔震层位移SSI影响率的预测公式,该研究结果有助于推动结构隔震技术的更广泛应用。     

框支剪力墙结构楼层侧向刚度比值初探

针对现行规范关于框支剪力墙结构设计中楼层侧向刚度控制准则的局限性,从理想化悬臂杆件的抗侧刚度和变形出发,提出高层建筑转换层结构底部刚度的需求应使结构的变形与理想化悬臂杆件的变形接近;通过经典力学原理推导出上述理想杆件变形曲线,并以此曲线为基准,得出符合此曲线的结构层间位移角,以工程界所熟悉的层间位移角比值作为控制参数反映高层建筑转换层结构的楼层侧向刚度比。进行一系列按不同的楼层刚度控制准则下的典型框支剪力墙结构在地震作用下的弹性及弹塑性性能分析,通过对转换层结构的动力响应和屈服机制进行比较,初步证明该文所提出的楼层侧向刚度控制准则较现行规范更趋合理,可供工程借鉴。