隔震结构复振型分解反应谱方法研究EI北大核心CSCD

隔震结构一般具有非比例大阻尼特性,使得复振型分解反应谱方法的研究越来越重要。该研究通过隔震结构运动方程考虑非比例阻尼矩阵的耦合影响,根据复模态和平稳随机过程理论提出了隔震结构复振型分解反应谱方法,分别采用瑞利阻尼、振型叠加阻尼系数和阻尼比换算阻尼系数3种方法来组装形成4种不同的非比例阻尼矩阵,并以隔震结构特点分析了阻尼矩阵适用性;随后对比分析了在天然波反应谱作用下,不同阻尼矩阵组装方式下隔震层等效周期、等效阻尼比、对完全平方组合(CQC)和复振型完全平方组合(CCQC)方法计算精度的影响规律;最后基于设计反应谱CQC和设计反应谱CCQC反应谱方法,研究了隔震层不同等效周期和等效阻尼比对隔震结构的楼层位移、楼层剪力和楼层倾覆矩误差影响规律。研究结果表明,阻尼系数方法更适合用于非经典阻尼矩阵的构造,CQC反应谱方法在近场地震下不能准确反映实际响应,且其使用范围受限较多,而CCQC反应谱方法可以很好的反映隔震结果的地震响应。     

基于隔震结构Benchmark模型的复振型叠加反应谱方法

隔震体系一般由隔震层和上部结构组成,隔震层包括隔震支座和耗能装置,其阻尼特性与上部结构有较大差别。因此,隔震体系阻尼分布具有显著的非比例特性,从而导致其阻尼矩阵不满足无阻尼振型解耦的条件,故在隔震体系中经典的振型叠加反应谱方法已不适用。基于随机振动理论,结合隔震结构的特点,推导了能够考虑非比例阻尼特性的多维地震复振型叠加反应谱方法。针对目前常用的强迫解耦方法,对其误差进行了探讨,发现其阻止了隔震层与上部结构的能量传递,导致上部结构的地震响应偏小。基于隔震结构Benchmark模型对复振型叠加反应谱方法、强迫解耦假定下的反应谱方法、时程分析方法进行了对比,结果表明隔震层阻尼较大时,强迫解耦方法精度较差,并且无法反映隔震层阻尼引起的上部结构地震响应放大效应,复振型叠加反应谱方法计算精度较好,可充分反映隔震结构非比例阻尼的特点。     

隔震结构弹塑性反应谱分析研究

根据弹塑性反应谱理论,按照非线性恢复力模型的等效阻尼比和位移延性的关系,以单质点弹塑性反应分析结果为依据,建立基于等效阻尼比的隔震结构弹塑性反应谱。进一步比较弹塑性反应谱和我国规范得到的反应谱,结果显示规范的加速度反应谱在长周期段谱值过大,阻尼衰减系数也较大。基于单质点弹塑性地震分析的结果,在我国规范反应谱公式的基础上提出的隔震结构弹塑性反应谱公式。最后通过对5层钢框架隔震结构模型进行振动台试验、数值时程分析、规范反应谱计算、以及用弹塑性反应谱进行计算。结果表明,时程分析法的分析结果和振动台试验的结果比较接近,而按照规范反应谱的等效线形化方法计算出的结果与振动台试验的结果有一些偏差,弹塑性反应谱的地震反应更加接近试验实测的结果,表明了新提出的弹塑性反应谱进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。     

考虑非比例阻尼的基础隔震结构非线性反应谱研究

对于基础隔震结构而言,其上部结构和隔震层的阻尼特性截然不同,往往呈现出明显的非比例阻尼特性。因此,有必要建立一种考虑非比例阻尼的隔震结构实用计算方法以便于推广和应用。通过用双自由度振动体系模拟基础隔震结构,在建立运动方程时考虑其非比例阻尼效应。通过对该简化模型进行动力时程分析,得到其在近场及远场地震记录作用下考虑非比例阻尼与瑞利阻尼的反应谱,并通过曲线拟合得到了非比例阻尼反应谱和瑞利阻尼反应谱的谱比值与结构自振周期之间的关系式。然后对某实际隔震工程进行地震响应分析,验证所提公式的合理性。     

环境激励下基础隔震结构的主要动力特性研究

通过对两栋基础隔震建筑在环境激励下的振动测试,运用随机子空间识别法和有理分式多项式法分别识别了结构的模态频率、振型和模态阻尼比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本频率远大于设计计算多遇地震工况下的基本频率;等效黏滞阻尼比很小,与未隔震结构的阻尼比相当,可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以其中一栋为研究对象,以识别的模态参数作为修正基准,采用多目标优化的方法反演了环境激励下隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.9倍。最后,基于反演的实际隔震层的水平等效刚度对结构的初始有限元模型进行了修正,并对修正后的模型进行了数值分析,分析结果与实际测试结果的对比表明修正后的模型可以更好地反映基础隔震结构在环境激励下的动力特性。     

高层隔震结构实空间解耦及地震作用取值分析

对高层隔震结构响应实空间解耦及地震作用取值进行了系统研究。首先运用复模态法和拉氏变换,建立非对称非经典结构响应的实空间精确解耦法,将高层隔震结构位移响应方差在实空间上精确分解为系列标准振子位移与速度响应方差的线性组合,获得结构相关组合系数的精确解;然后利用系列标准振子最大响应与反应谱的对应关系,给出了基于最大位移响应的地震作用新定义,建立了高层隔震结构基于反应谱的最大位移响应及其等效静态地震作用取值的完备解析解法,并给出了算例,验证了所提出方法的正确性,该方法适用于一般非对称非经典结构响应的实空间精确解耦及其基于反应谱的地震作用取值分析。     

地震反应分析中Rayleigh阻尼系数的优化解

在进行多自由度粘滞阻尼体系的地震反应分析时,以结构位移反应峰值的误差为目标函数,建立了求解Rayleigh阻尼系数的优化方程。随后,以地震反应谱随阻尼比变化的经验公式为基础,形成地震反应谱导数的近似计算公式。从而形成一个仅需地震反应谱和结构模态分析成果,即可得到综合考虑结构动力特性、地震波输入方向和频谱特性的Rayleigh阻尼系数的计算方法。最后,任意选择10条地震波对一栋高层建筑进行地震反应分析,数值计算结果表明这一方法可有效地减少由阻尼引起的计算误差。     

线性阻尼隔震与非线性隔震系统近断层地震反应分析

为了研究近断层地震动作用对不同类型隔震系统地震反应的影响规律,对比分析了线性阻尼隔震与非线性隔震系统在不同脉冲周期近断层地震动作用下的地震反应,并提出了近断层地震动作用下隔震系统的改进方案.首先,采用三角函数衰减模型模拟分析近断层地震动作用的速度脉冲特性,根据其脉冲周期分布情况和结构基本周期选取了三条代表性近断层地震波。然后,考虑上部结构非线性,对线性阻尼隔震、非线性隔震和联合隔震的八层钢框架结构进行了地震反应时程分析。结果表明,较非线性隔震,线性阻尼隔震且阻尼比为0.2~0.3时能够满足大震时控制隔震层位移、小震时控制上部结构反应的理想隔震目标,且对不同脉冲周期具有适应性。脉冲周期接近或大于结构共振周期时,改进的联合隔震能进一步提高隔震效果和隔震安全性。     

隔震结构设计加速度反应谱的取值研究

本文分别采用中国、日本和美国三国规范中定义的等效线形化法和时程分析方法,基于单质点模型计算了不同周期隔震结构的地震反应。通过加速度反应和位移反应发现中国现行抗震设计规范中设计反应谱的长周期段反应谱偏大。文中根据加速度反应谱的时程分析结果,在现有设计反应谱的基础上提出了新的长周期段反应谱修正公式提案。文末采用新提案的设计反应谱,利用等效线形化法对隔震结构进行了地震反应分析,结果与时程分析法的分析结果一致,研究表明新提案的反应谱取值在进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。     

使用板式橡胶支座连续梁桥主梁位移控制

为改善使用板式橡胶支座连续梁桥的抗震性能,通过附加黏滞阻尼器进行组合减隔震设计,采用复模态、近似实模态分析方法,研究结构地震响应及阻尼特性。结果表明:黏滞阻尼器提供的附加阻尼能有效降低梁体位移,但同时也导致桥梁具有非经典阻尼特性,主梁位移受非经典阻尼影响较小;黏滞阻尼器能明显提升结构阻尼水平,为有效控制梁体位移,应考虑黏滞阻尼器的合理布设位置,多墩布置优于单墩布置。