随机地震动下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究

为研究随机激励作用时粘滞阻尼器在结构中的实际减振效果,开展了随机地震动作用下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究. 振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入. 通过对有控和无控模型结构响应的均值、标准差以及概率密度函数等进行比较,系统分析了粘滞阻尼器的消能减震效果. 结果表明:有控模型结构层间位移响应显著减小,楼层剪力均方根值取得一定的减振效果,而大多数楼层绝对加速度响应出现不同程度增大;随机地震动作用下模型结构动力响应的变异性显著,且不同试验地震动样本输入时粘滞阻尼器取得的减振效果不同;粘滞阻尼器-钢支撑系统工作时能给被控结构提供一定的附加刚度和附加阻尼,使得结构动力特性产生变化,进而改变结构地震响应;有控模型结构底层位移响应的均值及标准差在地震动作用时段内均显著减小,且底层位移响应在各时刻的概率密度函数的分布宽度及其形态较无控时发生明显变化.      

脉冲型地震动作用下尼泊尔砖木遗产建筑易损性分析

为研究近断层脉冲型地震对尼泊尔砖木结构遗产建筑抗震性能的影响,以一栋2层的砖木结构遗产建筑为例,采用等效框架方法,以地面峰值加速度作为地震动强度指标和层间位移角作为结构损伤指标对其进行动力增量分析,确定了结构极限破坏状态,并分别对结构在脉冲型和非脉冲型地震作用下的易损性曲线进行了比较.研究结果表明:砖木遗产建筑在正常使用、生命安全和防止倒塌3种不同极限状态下对应的层间位移角分别为0.06%、0.32%和0.44%;该类建筑在遭遇地震时有较高的概率达到正常使用极限状态,但其超越生命安全和防止倒塌极限状态的概率相对较低;当达到或超过生命安全状态之后,较小的地面峰值加速度增量就可能导致砖木遗产建筑达到防止倒塌状态;与非脉冲型地震动下的结构响应相比,脉冲型地震动下达到正常使用、生命安全和防止倒塌3个极限状态的概率分别高出18.9%、14.3%和12.6%,在震后修复和加固中应对近断层脉冲型地震动的激励特征予以充分考虑.     

脉冲型地震动模拟与隔震桥墩性能的能量分析

用改进的三角函数方法来模拟近断层地震地面激励，对非线性隔震桥梁单墩模型进行了地震响应和能量分析．通过对波形、脉冲周期和峰值速度等地震动参数的调整来表征不同的脉冲效应，在前向、前后向和多环3种不同的脉冲波作用下，隔震桥墩反应规律类似，以第3种冲击形式结构的响应值最大、输入结构的地震动能量最多、脉冲周期是决定地震动破坏能力的重要参数，通过定义累积滞回耗能比和瞬时耗散能量比，表明隔震支座有效耗能能力在短周期脉冲作用下较小，在长周期部分趋于稳定，而在中短周期部分单纯依靠隔震支座耗能不足以有效降低地震危害．通过引入瞬时输入能量概念，表明瞬时地震输入能量和结构地震响应密切相关，用瞬时输入能量来表征地震动强度是合适的指标．     

G318林芝—波密段斜坡地震动力响应及失稳机理

斜坡地层结构及地震动力响应是斜坡失稳破坏的重要因素.为进一步研究斜坡地震动力响应的差异性及地震动力响应规律,以G318林芝—波密段典型斜坡中的四类地层结构斜坡为原型,利用FLAC3D建立斜坡数值分析模型,通过在坡面及坡体设置监测点,输入Kobe地震波,对监测点的应变、水平位移及加速度等动力响应进行分析研究.结果表明:土层-岩层斜坡的坡面PGA(peak ground acceleration,PGA)放大系数随高度增加而增大,且在一定高度存在极值;坡体PGA放大系数与坡高呈线性增加,且千枚岩斜坡PGA放大系数更大,最大可达10.7;岩土接触带两侧,土层与岩层的水平位移差异明显,两者至少相差一个数量级,导致岩土接触带两侧介质变形不协调,这是土层-岩层斜坡在岩土接触带发生滑动的主要原因;不同土层斜坡的水平位移及PGA放大系数也有很大不同,且土层-岩层地层结构斜坡的失稳破坏程度主要受土层类型的控制.     

多层框架结构利用铅芯叠层橡胶支座加层减震分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座进行加层改造的工程实例，在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上，利用Matlab语言编制了弹塑性时程分析程序，输入两条实际地震动记录和一条人工波．计算结果表明：各层位移和加速度响应以及最大层间剪力和最大层间位移均较加层前有所减少，特别是位移响应减少更为明显；同时也验证了该能量优化准则的合理性与有效性．这种加层减震技术既增加了使用面积，又提高了抗震能力，在中低层建筑的改造中具有良好的应用前景，值得推广．     

基础隔震结构考虑摆动的地震响应分析

上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载也较大的多层框架结构,其所采用的多层橡胶垫的橡胶总厚度较大,可能产生明显的竖向变形,因而导致结构摆动.对基础隔震体系进行了平摆动结构模型分析,推导了在地震作用下结构平摆动的运动方程,采用Matlab编程进行计算机仿真分析.研究结果表明,结构考虑摆动时顶层位移反应与不考虑摆动时相差较大;结构底板转动刚度和隔震层阻尼对基础隔震结构地震响应有明显影响.     

地铁运营对沿线不同基础型式建筑物的振动影响

为研究地铁运营时,不同基础型式建筑物的振动响应规律,对独立基础、条形基础和桩基的五层框架结构,进行了1~80 Hz频段的竖向(水平向)振动位移、速度以及加速度分析,得出:1三种基础型式,建筑物一层地面中心的竖向振动位移、速度和加速度普遍大于水平向振动位移、速度和加速度。2独立基础和条形基础,随着楼层的增大,水平向振动加速度增大。桩基水平向振动加速度从第1层到第4层,无明显规律。第5层的水平向振动加速度普遍大于前4层的振动加速度。竖向振动加速度随楼层的增大,都没有明显规律。     

多层钢筋混凝土框架结构“加层减震”能量时程分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座(LRB)进行加层改造的工程实例,在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上,利用Matlab语言编制了能量时程分析程序,考虑地震动三要素和铅芯隔震支座动力特性(屈服位移和第二刚度系数)等影响因素,分析典型地震动作用下设置上述隔震元件LRB加层结构的能量输入、转化及耗散特性.分析结果表明,输入到结构的总能量较加层前有不同程度的增加,但是大部分都由隔震层来吸收和耗散,使得输入到原主体结构的能量较加层前大大降低,减震效果较为明显,证明提出的基于能量的优化准则的合理性与有效性.     

并联基础隔震体系多目标优化研究

隔震性能评价是并联基础隔震研究的重要内容,在多目标优化的理论框架下,进行了并联基础隔震体系地震反应优化研究。隔震反应目标包括上部结构最大层间剪力和隔震层最大位移,隔震层决策变量为屈服系数、名义周期和阻尼比。优化的约束条件为上部结构层间剪力不均匀系数在0．85—1．00之间。针对一特定结构,通过NSGA—Ⅱ算法分别进行有约束和无约束条件下的多目标优化研究。研究给出了并联基础隔震多目标优化Pareto最优前沿的一般特征及相关量之间的关系。     

隔震曲线梁桥的地震响应

根据隔震曲线梁桥的特点,利用两个正交的非线性水平弹簧单元来模拟铅芯橡胶支座的双向非线性特性,基于大型有限元分析软件SAP2000,选取强震记录作为地震输入,考虑了曲线梁桥自身特性的影响,建立了隔震与无隔震曲线梁桥的空间有限元模型,并进行了双向地震动作用下的地震响应分析.结果表明：铅芯橡胶支座不仅可以有效地降低曲线梁桥的地震响应,还有助于减少曲率半径对曲线梁桥地震响应的影响.为曲线梁桥减隔震设计的深入和桥梁结构抗震安全性的提高提供了依据和参考.     

Seismic Responses of Asymmetric Base-Isolated Structures under Near-Fault Ground Motion

An inter-story shear model of asymmetric base-isolated structures incorporating deformation of each isolation bearing was built, and a method to simultaneously simulate bi-directional near-fault and far-field ground motions was proposed. A comparative study on the dynamic responses of asymmetric base-isolated structures under near-fault and far-field ground motions were conducted to investigate the effects of eccentricity in the isolation system and in the superstructures, the ratio of the uncoupled torsional to lateral frequency of the superstructure and the pulse period of near-fault ground motions on the nonlinear seismic response of asymmetric base-isolated structures. Numerical results show that eccentricity in the isolation system makes asymmetric base-isolated structure more sensitive to near-fault ground motions, and the pulse period of near-fault ground motions plays an import role in governing the seismic responses of asymmetric base-isolated structures.     

近断层地震地面运动峰值衰减规律研究

研究近断层区域地震动的峰值衰减规律,可以为近断层区的地震危险性分析和工程结构抗震设计提供关键性基础数据．基于包括中国“5．12”汶川地震在内的全球23次地震事件中的338条近断层地震动记录,引入考虑震级和断层距影响的地震动衰减模型,采用最小二乘法对峰值加速度、峰值速度及峰值位移进行了回归分析,得到了近断层区域地震动峰值的衰减关系．与其他学者所提出的衰减关系的对比表明,文中提出的峰值衰减模型可更准确地揭示近断层区域地震动峰值的衰减变化规律．     

场地条件校正的PGA放大系数简化估计方法

地表峰值加速度(peak?ground-motion?acceleration,PGA)是直观反映地震动强度的一个物理量,概念清晰且工程应用方便.?场地条件校正的PGA及其校正方法是特定工程抗震设计需要解决的问题.?为此,选取日本具有地表和井下记录KiK-net台网的32个台站及地震数据,通过对实测地震数据分析,提出了...     

近场地震作用下密肋耗能复合墙结构地震响应分析

通过非弹性动态方法,改变控制参数的结构,输入不同近场地震波,进行地震响应分析．利用非线性有限元程序IDARC,建立密肋耗能复合墙结构简化分析模型,对同等条件下的密肋耗能复合墙结构与框架剪力墙结构,在近场地震作用下的典型层滞回曲线及结构耗能分布系数,进行对比分析．结果表明：在近场地震作用下密肋耗能复合墙结构,表现出良好的耗能减震能力,是一种较理想的新型抗震结构体系．     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布,进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算,提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性,采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样,通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量;其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励,通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解,从而得到结构非线性地震响应极值样本,再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布;最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时,桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布,更能在兼顾效率和计算精度时,精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布,能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性（EPP）、双线性（BL）和刚度退化（SD）滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

我国抗震规范时程分析中地震动的输入数量

针对我国现行建筑抗震规范时程分析中地震动输入数量这一问题开展研究. 首先基于结构响应参数服从对数正态分布的理论假设,通过 500次/组蒙特卡罗抽样,模拟了两种不同输入地震动数量方案下的结构响应参数的累积概率分布曲线,表明 了3条记录下选择响应最大值和七条记录下选择响应平均值两种输入方案的累积概率分布曲线存在较大差异:前者计算结果期望值要高于理论均值,且结果受响应离散性影响较大;后者计算结果的期望值就是响应理论均值本身,受响应离散性影响较小. 同时对我国某10层平面RC框架进行弹塑性时程分析,结果表明:3条记录选取最大值的输入方案下结构响应预测均值要显著高于增加记录选取数量和控制记录间离散性的其他输入方案;建议在7条及以上强震动记录下的响应均值的基础上,以记录数量与响应离散性作为参数,通过经验修正公式来计算0.84分位值,以得到满足规范要求的84%以上保证率的计算结果,并对该经验修正公式在我国抗震规范下的适用性做了结构数值模拟验证.      

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析

2013年4月20日芦山地震是汶川地震后龙门山断裂带发生的又一次破坏性地震,中国数字强震动观测网络有100余台仪器触发并获得加速度记录.设置在四川省宝兴县防震减灾局的强震台(编号51BXD)在东西向获得了1.026g(-1 005.3gal)的峰值加速度记录,这是我国首次在自由地表获得峰值超过1g的记录,是我国强震动观测历史上的重要事件.经震后灾害调查,发现观测台站附近建筑物破坏并不严重,确定地震宏观烈度为Ⅶ度,这引起了社会的广泛关注与争议.通过现场考察,初步认定台站的特殊选址带来了局部地形影响,陡峭山坡放大了高频段地震动.还分析了宝兴县另外3个强震台站的观测环境,并采用全球新一代地震动预测方程进行对比分析,结果显示,该台在小于0.2 s范围内的反应谱放大明显.为了进一步说明台址受场地地形影响,对台站附近进行了背景噪声测试,采用水平/垂直谱比法计算了场地背景噪声的卓越周期、水平向放大系数,得出了随着地势由山脚向山坡上增高,场地卓越频率逐渐增大,且放大系数也随之增大的结论,这与51BXD强震动记录反应谱特征一致.最后,与汶川地震典型记录反应谱、抗震规范谱等进行对比,分析了51BXD强震动记录不同频段的特点;结合附近建筑物现场震后调查结果,初步解释了造成建筑物破坏较轻的原因,验证了局部地形影响是造成峰值加速度记录较大的主要原因.      

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2#、3#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1#、4#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。