极罕遇地震下单跨框架结构倒塌破坏机理研究

随着第五代GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》中极罕遇地震概念的提出,有必要探讨在极罕遇地震作用下单跨框架结构的倒塌破坏机理。利用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对单跨框架结构在极罕遇地震作用下的倒塌过程进行模拟,通过合理选取参数和模型,再现单跨框架结构倒塌破坏的全过程,揭示极罕遇地震作用下单跨框架结构的倒塌破坏机理,为既有单跨框架结构的鉴定与加固提供理论依据。结果显示:在极罕遇地震作用下与多跨结构相比单跨框架结构抗震防线单薄,结构冗余度不足,且结构底层柱端出现塑性铰是引起单跨结构倒塌的主要原因。

极罕遇地震下大底板双塔楼PC隔震结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下大底板双塔楼PC隔震结构的抗震性能,采用ANSYS有限元软件对大底板双塔楼RC隔震结构和PC隔震结构进行了有限元模拟.对比分析了罕遇、极罕遇地震作用下两种结构的楼层位移响应、底板应力分布等动力响应和能量耗散情况.结果表明:相比RC结构,PC结构的自振周期和楼层位移响应增大,顶层加速度减小,上部结构塑性耗能增加,损伤严重;极罕遇地震作用下,两结构的隔震层变形显著增大,但耗能能力相对降低,上部结构耗能占比增大,建议在隔震设计时考虑使用较大直径隔震支座;极罕遇地震作用下,两结构塔楼连接位置处的大底板应力峰值均明显增大,故设计时应对塔楼连接位置采取相应的加强措施.

极罕遇地震作用下隔震结构碰撞响应与隔离缝宽度研究

以上部结构分别为3、5、7、9层的LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对罕遇和极罕遇地震作用下基础隔震结构无碰撞、与限位墙以及与相邻基础固定结构发生碰撞时的地震响应、隔离缝宽度等进行了研究和对比分析。结果表明,在极罕遇地震作用下,对于上部结构屈服强度比一定、刚度在一定范围内变化的LRB基础隔震结构,会与相邻结构发生碰撞并且上部结构的破坏程度差异很大;当允许基础隔震结构与限位墙或与基础固定结构发生碰撞,上部结构进入一定的塑性状态且具有相同的延性需求时,上部结构刚度较大的基础隔震结构反而需要较大的隔离缝宽度;随着基础隔震结构以及相邻基础固定结构楼层数的增加,避免碰撞所需的隔离缝宽度逐渐增大。

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞响应研究

随着极罕遇地震作用的引入,有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下是否还具有良好的抗震性能。采用改进的Kelvin碰撞分析模型和双线性恢复力模型,建立基础隔震结构与周围挡土墙碰撞的运动方程,用MATLAB进行非线性时程分析。基于非线性时程分析的结果,研究基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞响应。比较考虑碰撞和不考虑碰撞两种情况下,上部结构平均延性系数和隔震支座平均剪应变随隔震结构力学性能参数的变化曲线;不同碰撞参数下,上部结构平均延性系数和隔震支座平均剪应变随隔震结构力学性能参数的变化曲线。结果表明基础隔震结构在极罕遇地震作用下的碰撞控制了隔震支座的剪应变,但加剧了上部结构的动力响应。提高上部结构或者隔震体系的屈服承载力可以降低上部结构的碰撞响应,增加隔震缝宽度、提高隔震体系屈服承载力或者隔震支座直径可以降低碰撞发生的概率。

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倒塌能力进行评估;其次考虑场地危险性,分析两类结构的年失效概率。分析结果表明:近场脉冲地震作用下结构的损伤指数最大,远场地震次之,近场非脉冲地震最小;远场、近场脉冲、近场非脉冲极罕遇地震作用下PC隔震结构的失效概率依次为0.21、0.57、0.13,现浇隔震结构的失效概率依次为0.19、0.49、0.11,说明PC隔震结构的抗侧向倒塌能力弱于现浇隔震结构;考虑场地危险性后,由于极罕遇地震的年发生概率极小,两类结构的年失效概率均较小,但PC隔震结构的年失效概率大于现浇隔震结构。

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。

极罕遇地震下框剪结构的混合减震控制

为进一步研究极罕遇地震下建筑结构的抗震性能,以框剪结构工程为例,选取7条地震动作为激励,在MIDAS软件中建立三维模型,在考虑性能的抗震设防下,采用粘滞阻尼器和防屈曲耗能支撑(BRB),对非减震结构和减震结构进行弹塑性动力时程分析,对比结构在极罕遇地震下的计算结果,并且研究极罕遇地震下的抗震性能。分析表明:结构层间位移角和层间剪力均有明显降低,减震效果明显,构件性能均有明显的改善,并且满足预期的性能要求。混合消能减震结构在极罕遇地震下有着很好的减震效果,能有效的提高结构整体的抗震性能,改善结构构件的损坏状态,提高结构安全性能。

极罕遇地震作用下摩擦摆隔震高铁桥梁的地震响应分析

为了研究摩擦摆隔震高铁桥梁在罕遇地震与极罕遇地震作用下的地震反应,以某隔震高铁桥梁为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立摩擦摆隔震与非隔震高铁桥梁的梁体-支座-桥墩的一体化非线性分析模型,输入3条天然波采用非线性动力时程分析法分析隔震与非隔震高铁桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的地震响应。结果表明:摩擦摆隔震支座能有效延长桥梁的自振周期;在罕遇地震和极罕遇地震时,摩擦摆隔震支座均能显著降低桥梁的地震响应,耗散地震的能量,进而显著降低桥墩发生弯曲破坏和剪切破坏的可能;在极罕遇地震时,摩擦摆隔震支座位移均已经超限,支座均发生不同程度的剪切破坏,为了保证桥梁在罕遇地震下的安全性,有必要在桥梁的隔震层安装限位装置。

极罕遇地震作用下多层RC框架结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下多层RC框架结构的抗震性能,本文依据我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50010-2010)分别设计了建筑类别为丙类、抗震等级为一、二、三、四级的4个典型多层RC框架结构,在有限元软件OpenSees中对其进行数值建模并通过对其他试验进行数值模拟验证了本文数值建模方法的合理性与实用性,在此基础上,采用Pushover分析方法及增量动力分析(IDA)方法,分别对4个抗震等级的多层钢筋混凝土框架结构在极罕遇地震作用下的抗倒塌性能进行了分析。结果表明:在极罕遇地震下,当结构的设防类别为丙类时,根据现行抗震规范所设计抗震等级为一、二级的RC框架结构不能满足规范提出的“大震不倒”的抗震性能要求;抗震等级为三级的RC框架不能完全满足规范提出的“大震不倒”的抗震性能要求;抗震等级为四级RC框架能满足规范提出的“大震不倒”抗震性能要求。由于各级框架结构的表现性能不一,因此,有必要在修订抗震规范时对极罕遇地震下结构的抗震性能进行更加深入的研究。

极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构地震响应特性

以上部结构分别为三层、五层、七层和九层的LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,考虑了上部结构屈服强度比、刚度、硬化系数等的影响,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下隔震结构无碰撞以及隔震层与限位墙发生碰撞时的非线性响应特性进行了分析和对比。结果表明:增大上部结构屈服强度比,可以有效降低上部结构的层间位移和延性需求;当屈服强度比越小、上部结构刚度越大时,硬化系数对结构响应的影响越大;无碰撞时,对于上部结构基本自振周期在一定范围内变化的LRB基础隔震结构,相同的屈服强度比对应的上部结构延性需求、损伤状态基本一致,但是当隔震层与限位墙发生碰撞,上部结构破坏程度会有很大差异,特别是上部结构刚度较大时,延性需求增大非常明显,这种情况下上部结构破坏已经非常严重甚至会倒塌。

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响。结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移角和延性系数明显增大;延长LRB隔震系统的隔震周期或选择最优的特征屈服强度比,均可显著降低上部结构的塑性变形程度,但LRB屈服位移的变化对隔震结构的响应几乎无影响;LRB隔震系统参数确定后,隔震结构上部结构的损伤状态主要与上部结构力学性能参数中的屈服强度比相关,增大上部结构的屈服强度比,可以显著降低上部结构的层间位移角和延性系数,但是隔震支座的平均最大剪应变会增大,可以选用橡胶剪切模量大或者直径大、第二形状系数小的LRB隔震支座。

剪力墙结构在极罕遇地震作用下的多模态Pushover分析

采用多模态Pushover分析法,能够充分考虑高阶振型对结构的影响和结构进入弹塑性阶段后振型会发生变化这两个因素。采用了多模态Pushover分析法进行研究,结构选取某市华润中心住宅,按照《中国地震动区划图》,以动力时程分析的计算结果为标准,采用MPA、MMPA和IMPA法进行了抗震性能分析,在极罕遇地震作用下,探讨了三种方法运用在剪力墙结构抗震分析的差异。

极罕遇地震在防灾减灾规划中的应用研究——以唐山市建筑抗震易损性分析为例

以唐山市中心城区为例,在分析普遍遭受设防烈度地震下城市建筑抗震能力的基础上,采用情景构建,以唐山市遭受极罕遇地震,分析了唐山市现状建筑在遭遇极罕遇地震下抗震能力。分析结果显示,唐山市现状一般建筑整体上基本满足抗震设防要求。当遭受极罕遇地震时,发生毁坏的建筑比例为33. 84%。设防烈度地震下分析结果较好地反映了唐山市中心城区现状建筑满足国家规定抗震设防能力情况,而极罕遇地震分析结果则反映了唐山市所面临的超越设防烈度地震的风险大小,二者互为补充,对全面认识唐山市中心城区一般建筑抗震能力具有一定现实意义。

极罕遇地震作用下剪力墙结构地震易损性分析

为深入研究极罕遇地震作用下剪力墙结构的整体抗震性能,文中依据我国现行规范设计了不同设防烈度、不同高度的9个剪力墙结构,在SAP2000中对其进行数值建模,通过对其他试验进行数值建模并对比数据结果,验证了建模方法的合理性与实用性。基于所建数值模型,采用增量动力分析(IDA)方法,模拟了剪力墙结构从弹性、塑性、倒塌全过程的抗震行为。以最大层间位移角为易损性变量,计算出极罕遇地震作用下不同设防烈度和不同高度剪力墙结构的易损性矩阵并对其进行分析。结果表明6度设防的剪力墙结构能够满足"大震不倒"的性能要求;7度、8度设防的剪力墙结构不能完全满足"大震不倒"的性能要求。依据文中结果,为抗震规范的修订提供参考数据,建议在抗震规范修订时,适当提高7度、8度区的抗震设计要求。

极罕遇地震作用下颗粒惯容系统的减震机制及其减震效果

为减轻极罕遇地震(巨震)造成的危害,在GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》中增加极罕遇地震作用,为此,有必要研究结构振动控制技术应对极罕遇地震灾害的有效性。依据20层非线性Benchmark结构,通过引入结构非线性损伤评价指标,定量研究颗粒惯容系统(particle inerter system,PIS)在极罕遇地震作用下对非线性多自由度结构的减震效果,阐释PIS的减震机制。研究表明:在地震激励作用下,PIS能够较好地抑制多自由度主体结构的震动,即均方根减震率均在24%以上;PIS能够有效减少主体结构产生塑性铰的数量,同时显著降低峰值节点曲屈率和构件塑性耗能,其中附加PIS的主体结构相较无控结构构件总塑性耗能均降低84%以上,表明PIS能够降低主体结构在极罕遇地震作用下进入塑性状态的程度,减少结构非线性损伤;进一步通过与颗粒调谐质量阻尼器的对比分析,发现PIS对主体结构动力响应具有更好的减震控制效果,结构顶层位移、加速度均方根响应的减震优势分别提高36.50%和20.13%。

极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用,有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,基于弹塑性时程分析的统计结果,分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明:极罕遇地震作用下,采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取;为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏,应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座;如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。

极罕遇地震作用下建筑结构一致风险抗倒塌设计方法研究

结合当前国际上以“抗倒塌”为目标进行地震动参数区划和以“一致倒塌风险”为设防目标进行结构抗震设计的发展趋势,针对我国现行建筑抗震设计规范体系中抗倒塌能力评估的局限性,建议了四种一致风险抗倒塌设计方法,详细介绍了四种方法的评价指标与计算过程。考虑极罕遇地震作用,基于极罕遇地震一致风险谱对地震动记录进行了挑选与调幅。以RC框-剪结构作为典型案例,采用四种抗倒塌设计方法进行验算,结果表明:同时考虑地震危险性与结构不确定性影响的全概率方法验算未通过,其余验算方法均通过,这说明了忽略结构所在场地危险性影响会造成结构倒塌性能评估的不准确性,未考虑结构体系多种不确定性影响会高估结构的抗倒塌性能,因此有必要推行“一致风险”的结构设计理念。

新版地震动参数区划图主要特点及在安徽地区的调整统计

简要介绍了2015版《地震动参数区划图》的主要特点,对其在安徽地区主要调整情况进行了统计分析,同时就2015版《地震动参数区划图》落实执行提出了意见。

弹性限位对不同高度隔震结构动力响应影响分析

通过弹性限位器对隔震结构的隔震层进行限位,是减小隔震层变形,保障隔震结构在大震下安全的有效措施。为研究弹性限位装置对建筑高度不同的隔震结构动力响应的影响,运用OpenSees有限元软件,建立了5、10、15层3种带弹性限位的钢框架基础隔震结构模型,选取6条地震动,进行8度极罕遇地震动作用下360个工况的动力计算。通过计算结果的对比分析发现,弹性限位对中低层隔震结构应用效果较好,对高层建筑结构效果不佳;隔震层限位会导致上部结构的层间位移角和楼层加速度均增大。为取得目标限位效果,需对限位参数优化设计。

阻尼器响应放大技术研究与应用进展

目前,阻尼器在工程结构减隔震控制领域的应用已极为广泛,但存在中小地震作用下阻尼器的位移和速度等较小时,阻尼器难以充分发挥耗能能力的问题。因此近年来阻尼器响应放大技术得到了国内外学者的广泛重视,并利用连杆机构、齿轮机构、杠杆机构、跨层支撑等提出了多种阻尼器响应放大装置。全面综述国内外阻尼器响应放大技术的研究和应用进展,包括装置构造和作用机理等。同时,分析现有阻尼器响应放大技术在遭遇极罕遇地震作用时阻尼器更容易失效等方面的不足,指出响应放大技术的研究和发展方向,以期为阻尼器响应放大技术的发展和极罕遇地震作用下确保工程结构的安全提供有效思路。