近断层地震下摩擦型隔震结构与限位装置碰撞反应及防护研究

采用不同的碰撞模型,研究了摩擦型隔震结构(P-F、R-FBI和FPS)在近断层地震作用下与限位装置相碰撞的动态反应特性,给出了不同碰撞的数学表达式以及各模型中参数的具体数值;研究发现,地震中隔震结构若发生碰撞将大大增加结构的层间剪力和加速度反应,且激起结构的高阶振型;不同碰撞模型的计算结果相差在10%以内,但非线性碰撞模型花费的计算时间长,因此在实际工程中采用线性的Kelvin模型精度已足够;上部结构的非线性对碰撞反应有很大影响,碰撞时非线性结构的底层最大剪力较线性结构有很大减小,且层间存在很大的残余位移;同时还研究了基底预留宽度以及上部结构的自振周期对隔震结构碰撞反应的影响;最后提出了加设高阻尼橡胶缓冲器减小隔震结构碰撞反应的防护措施。     

近断层地震作用下平面不规则基础隔震结构的倒塌模拟

分析了平面不规则基础隔震结构在近断层地震作用下的抗震性能,并对其进行了倒塌过程模拟.基础隔震结构目前在国内外都比较常见,其安全性也得到了广泛的关注.由于基础隔震结构的自振周期较长,所以近断层地震动对基础隔震结构的抗震性能有不利的影响.通过建立倒塌分析动力方程,使非线性仿真分析的解答精度得以保证,以此建立平面不规则基础隔震结构和非隔震结构模型,选择不同的近断层地震动作为输入进行非线性仿真分析.研究表明:近断层地震作用下平面不规则基础隔震结构的扭转效应相对于非隔震结构的扭转效应明显减小.同时,倒塌模拟表明,平面不规则的非隔震结构较基础隔震结构容易倒塌.     

近断层地震作用下基础隔震结构的振动分析

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑较少,特别是对竖向分量的考虑.本文选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层速度脉冲型记录与断层附近非脉冲型记录作为地震输入,分析了基础隔震结构在近断层水平一竖向地震分量共同作用下的动力响应以及隔震支座的受力状态.结果表明...     

近断层地震动作用下变电站隔震研究

变电站基础隔震在远断层地震动下是有益的,但是在近断层区域它的隔震效果还有待研究。本文选取台湾集集地震四条常用近震记录及一条远震记录作为地震动输入,对110kV变电站隔震和抗震结构及进行非线性地震反应时程分析,比较分析结构的地震反应。结果表明:变电站隔震结构在近断层地震动作用下产生的地震反应大于远断层地震动作用下产生的地震反应,采用隔震技术能有效降低近断层地震动作用下变电站结构的地震反应。     

近断层地震作用下超长复杂隔震结构动力响应分析

随着超长、平面不规则的复杂隔震结构的出现,关注超长复杂隔震结构的安全性也变得十分重要。本文针对平面不规则的超长隔震结构的抗震性能进行了分析。运用Seismo Struct建立超长隔震结构分析模型,输入近场脉冲、非脉冲及远场地震动进行非线性动力时程分析。通过比较平面不规则的超长隔震结构在不同地震作用下的动力响应和隔震支座的水平位移,分析地震作用对隔震结构的影响。研究表明:平面不规则的超长隔震结构在近断层脉冲地震作用下的响应明显大于近断层非脉冲地震作用。同时,通过分析隔震支座的水平位移发现,超长复杂隔震结构在近断层脉冲地震作用下依旧有较好的抗震性能。     

近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。     

近断层地震作用下铅芯橡胶隔震结构地震响应评估

建立了近断层地震用下统计平均的等强度延性需求谱,利用建立的等强度延性需求谱公式及规范中的弹性反应谱对近断层地震作用下结构的性能需求进行估计。基于改进的Push-over分析方法,选取铅芯橡胶基础隔震结构在15条近断层地震波作用下的响应计算作为具体的算例,将中美抗震规范的计算结果进行对比,为我国抗震规范中隔震结构分析计算的完善提供参考。     

近断层地震动作用下双层隔震体系的地震响应分析

提出了采用基础隔震和层间隔震并用的双层隔震体系,输入近断层地震记录,考察了破裂向前方向性和滑冲效应脉冲对隔震结构的影响。研究表明,采用双层隔震体系可比单独采用基础隔震体系取得更好的减震效果,滑冲效应脉冲比破裂向前方向性脉冲对双层隔震结构更具有破坏性。中间隔震层的位移幅值通常要比基础隔震层的位移幅值大,应注意控制中间隔震层的最大位移不超过容许位移。在破裂向前方向性和滑冲效应脉冲地震作用下,中间隔震层宜分别设置在结构的中下部和结构的中部左右方可取得较好的减震效果。     

近断层地震作用下混合阻尼隔震结构的响应分析

本文以实际的地震波El-Centro波为底波,在此基础上叠加三角型脉冲运动模拟近断层地震地面的激励;以人工合成的近断层地震波作为输入,研究其对混合阻尼隔震结构的动力反应特性,绘制了上部结构最大加速度和基底最大滑移量的时程图,并讨论了混合阻尼隔震结构的摩擦系数、粘滞阻尼比及滞回阻尼等参数对隔震结构产生的重要影响.研究表明:在混合阻尼隔震结构中,摩擦系数存在一个较优值,粘滞阻尼比对脉冲能量较大的B、C类波的控制有较显著的效果,但对原始波及A类波控制效果不明显,滞回阻尼对隔震结构Smax和amax均有一定影响,通过分析给出了该参数的合理取值.     

Improvement of near-fault seismic isolation using a resettable variable stiffness damper

A seismic structure isolated by a conventional passive isolation system is usually a long-period structural system; therefore, although its dynamic response may be effectively mitigated in a regular earthquake, the responses may be considerably amplified in a near-fault earthquake with long-period characteristics, due to the low-frequency resonant effect. In order to overcome this problem, a sliding isolation system equipped with a new type of the semi-active damper called a resettable variable stiffness damper (RVSD) is proposed in this study. An RVSD damper is similar to a conventional resettable stiffness damper, except that it has a variable stiffness part. By controlling the variable stiffness, the damper force provided by the RVSD will follow a target force that is determined on-line by a general, active control law. As a result, the RVSD damper is able to prevent the abrupt changes of the damper force that inevitably exists in a conventional resettable damper. The harmonic and seismic responses of an isolation system with the RVSD are studied numerically and compared with the other types of isolation systems. The simulated results demonstrate that the RVSD is able to attenuate the low-frequency resonance behavior of the seismic isolation system induced by long-period ground motions. As compared with an isolation system with a conventional resettable damper, the study shows that isolation with the RVSD is superior in reducing the acceleration response due to a near-fault earthquake, while maintaining its effectiveness in the suppression of the isolator displacement.     

考虑倒塌储备的近断层区域RC框架结构抗震设计方法

近断层脉冲型地震动通常会引发结构严重破坏甚至倒塌,但目前的设计方法仅通过修正设计谱来考虑近断层效应,并不能考虑结构的倒塌储备.为此,在使用近断层设计谱的基础上提出考虑倒塌储备的结构抗震设计方法.基于近断层设计谱和远场设计谱共设计了 12个钢筋混凝土(RC)框架结构,分别采用20条近断层脉冲型地震动和远场非脉冲型地震动研...     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

极罕遇地震作用下PC隔震结构侧向倒塌可靠度分析

为研究极罕遇地震作用下PC隔震结构的抗侧向倒塌能力,同时考虑地震动与结构参数的不确定性,利用MIDAS建立PC隔震结构与现浇隔震结构的随机有限元模型进行弹塑性时程分析,对比两类结构在不同类型极罕遇地震作用下的损伤指数,并以损伤指数作为性能指标,利用二次四阶矩法计算PC隔震结构与现浇隔震结构的失效概率,对两类结构的抗侧向...     

Risk assessments of long-span bridges considering life-cycle cost concept and near-fault ground motion effect

The influence of the near-fault ground motion on the response of long-span bridges must be considered as a critical factor for seismic design because the response indicates different aspects from existing earthquake characteristics. Also, it is important to note that the safety index for the risk assessment of long-span bridges is determined based on the minimum expected life-cycle cost E(LCC). In this study, earthquake characteristics are analyzed by creating elastic and inelastic response spectrums with actual measurement records (Chi-Chi earthquake records) and then the numerical analysis of the long-span bridge in Namhae, Korea is performed according to the increase and reduction of the member stiffness based on the standard design., the reliability evaluation of the long-span bridge considering aleatory uncertainties is performed on the basis of the combined results of static analysis and seismic response analysis. Also, the minimum LCC is estimated based on failure probabilities by the different alternative design. Because of epistemic uncertainties, the results of reliability evaluation and the LCC of optimal design are selected as random variables; the safety index, failure probability and expected minimum LCC are re-evaluated with regard to critical percentage values for a risk-averse design of the long-span bridge, and are presented graphically using cumulative percentages. It is, therefore, expected that this study will provide the basic information for the risk assessment and optimal design method in performing seismic design of the long-span bridge considering earthquake characteristics.     

考虑铅芯橡胶隔震支座力学性能退化的基础隔震结构地震作用研究

针对铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下由于铅芯温度上升发生力学性能退化的问题,通过压剪设备对铅芯橡胶隔震支座进行了快速水平往复力学性能试验,研究其在快速往复加载下水平剪切力学性能的变化。试验结果表明,铅芯橡胶隔震支座在快速往复荷载作用下,随着加载次数的增多,其特征强度显著下降,且前期下降的幅度比后期大,屈服后刚度在加载过程中变化较为平缓。然后基于试验结果,采用改良的广义Bouc-Wen模型,提出了铅芯橡胶隔震支座在快速水平荷载下力学性能退化的力学模型,然后基于铅芯橡胶隔震支座性能退化的力学模型,对一实际隔震结构进行仿真,研究该结构在长周期长持时地震作用下的动力响应。仿真结果表明考虑支座退化效应得到的隔震层位移和层间位移角不仅比不考虑支座退化效应得到的大,且最大值已超出设计允许范围,因此在基础隔震设计时建议要考虑铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下力学性能退化情况。     

近场区竖向地震动对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响

对竖向地震动进行统计分析,采用与水平地震动相比较的方法来间接反映竖向地震的特性。对断层距、震级、场地条件、震源机制进行分类,考察诸因素对加速度峰值比的影响。分析断层距对加速度反应谱比的影响,在近场区及短周期段,竖向地震动伪加速度反应谱值大于水平方向的谱值,远大于规范中所采用的0.65的系数。采用OpenSees程序对一地震模拟振动台的框架试验结果进行分析,验证了分析方法的可行性。8层钢筋混凝土框架结构的非线性动力分析表明,在竖向和水平地震动共同作用下,近场区钢筋混凝土框架柱的承载能力可能由拉-弯和拉-剪受力状态控制。     

空间变化的非平稳地震场模拟

应用谐波合成法模拟了空间变化的非平稳地震波加速度时程,采用FFT算法极大地提高了模拟效率。采用的非平稳地震动功率谱模型是根据多次地震动记录出的,既考虑了多点激励的行波效应,又考虑了地震动的空间相干性,具有广泛的代表意义。     

Shake table tests of steel embedded composite columns under moderate near-fault motion

Shaking table tests were conducted on steel-embedded composite columns with core structural steel on near fault ground motion (NFGM) to investigate their seismic behavior. Four composite columns and one reinforced concrete (RC) column with diameters of 400 mm and heights of 1400 mm were tested on a shake table, and one specimen was studied with a pseudodynamic test. A sliding steel frame, called the inertial force rig, was designed and implemented to completely support the inertial mass of the column and the shaking table system. The composite column with a higher steel ratio required more volumetric confinement steel in the plastic hinge region. For the steel embedded composite columns with an axial steel ratio of less than 2%, The same amount of confining steel as in the normal reinforced concrete columns was sufficient to obtain the required ductility for the composite columns with low steel ratio. Composite columns with an embedded steel tube at the center showed better displacement ductility than RC columns with similar steel ratios, but showed smaller energy absorption capacity. The effect of the lap splice in a composite column was not significant because the spliced reinforcing bars had a lower area than RC columns with a 50% lap splice. The shake table test specimen showed much less ductility than the pseudo-dynamic test specimen and more energy dissipation capability, while the maximum capacity of the composite column was the same for the different test methods.     

层间隔震结构隔震层位置对下部结构的影响

以某框架剪力墙结构的层间隔震建筑为例,利用有限元分析软件Etabs 2013非线性版建立了其简化分析模型,通过改变隔震层位置,对比分析了隔震层分别设置在第一层柱顶和第四层柱顶时,该模型的隔震层以下结构在大震下的动力特性,指出在设计隔震层位置时,宜低不宜高。