多塔大底盘层间隔震结构地震响应控制研究

探讨不同响应控制方法对层间隔震建筑抗震性能的影响,并识别不同方法在提升层间隔震建筑抗震性能方面的优劣,进而为层间隔震结构地震响应控制设计提供参考。基于一多塔大底盘层间隔震结构工程案例,分别考虑在隔震层和大底盘中加入黏滞阻尼器以及增加大底盘刚度这3种方案,基于Perform-3D建立了3种设计案例和原型结构的弹塑性分析模型,对比分析了4个结构的地震响应,从而识别出3种设计方案对多塔大底盘层间隔震结构地震响应的控制效果。研究结果表明:对隔震层位移和大底盘楼面加速度控制效果最优的方案是在隔震层中设置黏滞阻尼器,但该方案会导致塔楼的地震响应显著增加;对大底盘层间位移角以及塔楼层间位移角和楼面加速度的控制效果最优的方案是增加大底盘刚度。对于塔楼的层间位移角,3种方案均无明显控制效果。

预制剪力墙震损修复抗震性能试验研究

中国现阶段以及未来将存在较大数量的装配式建筑,装配式建筑的抗震韧性成为研究热点。该研究针对抗震韧性中的震损修复问题展开研究,以灌浆套筒连接预制剪力墙为研究对象,参照现有现浇构件的震损修复方法,考虑初始灌浆缺陷对预制剪力墙震损特征的影响,对两个震损预制剪力墙进行了严重损伤状态下的修复。随后进行了拟静力试验,并与现浇剪力墙的抗震性能进行了对比。试验结果表明:现浇构件中常用的置换混凝土加固法同样适用于震损预制剪力墙构件,尽管钢筋屈服前混凝土的裂缝开展与现浇试件存在一定差别,但修复后的试件也呈现出了弯曲破坏模式;修复后试件的承载力、变形能力和耗能能力与现浇试件基本一致,灌浆缺陷虽然会影响预制剪力墙构件的震损模式,但对震损修复后的试件的抗震性能影响较小;采用现有置换混凝土加固法修复震损预制剪力墙,基本可实现与现浇剪力墙构件一致的抗震性能。该研究的成果可为灌浆套筒剪力墙构件的损失后果函数研究以及该类结构的抗震韧性设计方法研究提供重要参考。

多塔大底盘层间隔震与基础隔震高层建筑抗震韧性对比

建设层间隔震地铁上盖建筑已成为高烈度地区实现以公共交通为导向建设集约紧凑型城市的重要手段,同时面对韧性城市的建设需求,提升该类建筑的抗震韧性已成为土木领域研究热点。该类建筑中大底盘对隔震结构地震响应和抗震韧性的影响,塔楼与大底盘抗震韧性的差异性、两者对建筑整体抗震韧性的影响等关键问题有待研究。屈重比作为隔震结构设计关键指标,其对多塔大底盘层间隔震建筑的抗震韧性的影响规律有待明确。该文以5个屈重比取值分别设计了多塔大底盘层间隔震案例和基础隔震案例,开展了弹塑性时程分析和抗震韧性评价。结果表明:大底盘对层间隔震建筑的地震响应存在放大效应,进而导致层间隔震建筑韧性等级低于基础隔震建筑。塔楼和大底盘的修复费用和时间构成存在差异,塔楼的修复费用和时间由加速度敏感型非结构构件引起,而大底盘的修复费用和时间由结构构件和加速度敏感型非结构构件共同引起。多塔大底盘层间隔震建筑的整体韧性等级随屈重比降低而提升,但屈重比对塔楼和大底盘的抗震韧性影响规律存在差异,塔楼的修复时间和费用随屈重比的降低逐渐减小,而大底盘的修复时间和费用随屈重比的降低无明显变化。

基于亚塑性模型的软土地基沉降分析

以HK模型为研究对象,为适合于软土地基上的路堤沉降计算,提出了修正的HK模型,给出了各参数的取值范围及实际应用中的注意事项,从计算结果来看,此方法不仅收敛性好,而且计算结果更加接近实际结果,最后,给出一个工程实例作了证明。

高层建筑地震损伤控制关键技术与应用

地震是我国高层建筑面临的最主要威胁之一,高层建筑依靠主体结构自身的延性损伤来耗散地震能量,尚不能有效引导损伤发展和控制震损模式,难以保全高层建筑的震后使用功能。项目组以提升试验仿真还原度、创新结构控制新理念和研发关键新构件为目标,深入开展了高层建筑“地震致损机理”剖析、“可控减震体系”创新和“高效消能构件”研发三个方面工作,取得了一系列技术突破,推动了高层建筑地震损伤控制技术的发展。

建筑结构鲁棒分散控制方法研究

传统集中式控制方法需同时采用系统所有测量信号,进而计算出所有作动器的控制力并发出信号进行振动控制,其控制系统复杂且可靠性较差。近年来出现的基于系统局部信息反馈的分散控制策略,设计简单可靠性高,已经成为目前研究的热点之一。分散控制策略的作动器控制力仅采用建筑物的相邻两层测量信号进行控制,虽然能够控制住结构的响应,但信息过少,控制效果不好。为达到更好的控制效果,在鲁棒控制策略基础上,通过设置特殊矩阵的方式,提出一种基于建筑物相邻四层信号的鲁棒分散控制方法。从动力仿真的结果来看,该方法的控制效果比仅依靠相邻二层信号的控制效果好得多。

大跨航站楼隔震结构屈重比影响规律

为满足机场航站楼隔震层、钢筋混凝土框架主体结构、钢屋盖及其支承钢柱的综合控制需求,以一个8度区机场航站楼隔震结构为原型,设计了屈重比分别为2.04%、2.47%、2.97%、3.52%、4.03%的5个分析案例,研究了屈重比对9个隔震设计关键指标的影响规律.分析结果表明:对于隔震层,大震下隔震层最大位移随屈重比的降低显著增加,当屈重比达到2.47%时隔震层位移达到规范上限值660 mm;对于上部结构,面积大、高度高的A1区钢结构的设计关键指标在整体结构抗震性能中起控制作用,中震减震系数、大震最大绝对加速度和大震最大位移角随屈重比的增加近似线性增加,当屈重比为3.52%时A1区的中震减震系数达到0.404,无法满足规范抗震设防烈度降一度的隔震目标.建议机场航站楼隔震设计过程中重点关注面积大、高度高的钢结构,并充分检验各结构区段的隔震控制效果能否满足预期性能目标.

套筒灌浆缺陷连接足尺预制混凝土柱抗震性能试验研究

灌浆套筒连接是预制混凝土结构最常用连接方式,灌浆不饱满缺陷是影响灌浆套筒连接柱抗震性能的主要因素。为明确不同缺陷率对该类柱抗震性能的影响,该研究考虑无灌浆缺陷、45%缺陷率和60%缺陷率三种情况,设计并制作了3个足尺预制柱进行低周往复拟静力试验,通过与无灌浆缺陷试件对比,分析套筒灌浆缺陷连接对柱构件破坏模式、滞回特征、延性等的影响。结果表明:不同于无缺陷试件的弯曲破坏特征和饱满滞回耗能特征,灌浆缺陷试件呈现出钢筋滑移破坏特征和捏拢滞回特征,延性变形系数为2.8~3.5,小于无缺陷试件的5.8。在发生钢筋滑移前,灌浆缺陷仅一定程度影响屈服荷载和峰值承载力。该研究的相关成果可为灌浆套筒连接预制混凝土结构的抗震性能研究提供参考。

双屈服点屈曲约束支撑-钢框架结构抗震性能研究

针对传统钢框架-屈曲约束支撑结构的薄弱层控制难题,本研究提出了一种面向结构最大层间变形控制和薄弱层控制双重需求的并联式双屈服点屈曲约束支撑。相比于已有双屈服点屈曲约束支撑,具有刚度和耗能能力利用率高的优点。基于某钢框架-支撑原型结构,设计了2个传统屈曲约束支撑案例和3个新型双屈服点屈曲约束支撑案例,通过对比各案例的关键地震响应,明确了新型支撑的结构最大变形控制效果和薄弱层控制效果。结果表明:罕遇地震作用下,相比于屈曲约束支撑,新型支撑的最大层间位移角峰值可降低6.2%~21.6%;表征薄弱层损伤集中程度的层间位移角集中系数分别由1.54和1.51最低降至1.29,绝大部分楼层具有了相近的位移角,且小于屈曲约束支撑结构,表明新型支撑引导了薄弱层的迁移,显著减轻了结构变形损伤集中问题。本研究的相关成果可为钢框架-支撑结构的地震响应控制提供参考。

一种提高重力坝抗震性能的方法

针对我国大坝多建于高烈度地震区、坝基中存在软弱结构面和缓倾角裂隙等现象,以某重力坝为研究对象,探讨了在大坝坝底铺设铅加球墨铸铁对坝体动力反应及动力深层抗滑稳定性的影响。计算结果表明,坝底铺设铅加球墨铸铁可有效降低坝体动力反应,提高重力坝动力深层抗滑稳定性,这为提高大坝抗震性能提供了一种新的途径。

建筑结构含分数阶振动控制的最优阶次研究

为了在实际控制中获得更好的控制效果,以整数阶模型为研究对象,在控制器设计时人为地引入分数阶,通过定义控制性能指标和寻优来确定最优控制的分数阶阶次。为了建立分数阶系统和原整数阶系统之间的联系,取含分数阶状态方程和原整数阶系统状态方程一致的输出变量,并采用输出控制策略使得所设计的分数阶控制器能够应用于原整数阶模型。仿真结果表明,分数阶阶次的选择不仅影响系统控制的效果,还影响系统的稳定性,并给出了一个实例分析来说明本研究方法的可行性。

基于分数阶的建筑结构预测控制方法

针对用整数阶模型代替实际复杂的非整数阶模型来进行控制器设计往往造成较大误差而收不到较好的控制效果的问题,为了能够在实际工程中获得良好的控制效果,以5层框架结构为对象,把分数阶模型引入到预测控制系统中,研究了基于位移响应的分数阶预测控制方法,具体包括:基于位移响应的传递函数的推导,分数阶微分算子的整数阶近似,分数阶预测控制器的设计以及仿真分析.仿真结果表明,采用该控制方法对结构振动位移响应等具有较好的控制效果.

高烈度区某RC框架-剪力墙结构减震前后抗震韧性对比研究

以位于8度区(0.30g)的某13层RC框架-剪力墙结构作为研究对象,基于《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020),对其减震前后的抗震韧性水准进行了对比分析。结果表明:结构在减震前的抗震韧性等级为零星,修复时间控制了韧性等级,加速度敏感型非结构构件的修复费用主导了总修复费用,结构构件的修复时间主导了总修复时间;采用黏滞阻尼器减震技术后,结构在大震下最大层间位移角和楼面绝对加速度峰值分别降低了23.5%和16.8%;结构构件的损伤得到控制,从而有效控制了结构构件的修复时间,结构抗震韧性等级提升至一星。虽然减震后的楼面绝对加速度也得到了较好的控制,但仍高于加速度敏感型非结构构件的损伤阈值,导致减震前后该类构件的修复时间和修复费用变化不大。

考虑结构—地基交互作用的重力坝深层抗滑动力稳定性研究

我国大坝多建于高地震区域的中西部地区,对其进行抗震分析十分必要。文章以重力坝为研究对象,考虑到坝基岩体多存在软弱结构面和缓倾角裂隙等,着重研究地震作用时的重力坝深层抗滑稳定性。为了反映无限地基对结构的影响,文章采用在结构-地基交界面处附加弹簧和阻尼的方式进行处理,其中,在确定弹簧刚度和阻尼参数时采用了阻尼抽取法。这样处理就可以采用较小的计算区域,不仅可以降低动力分析的计算量,而且计算精度也得以提高。

内河单柱式航标防撞有限元动力分析

利用ABAQUS非线性有限元程序,对船舶撞击航标桩的土体结构进行有限元动力分析,分别对无防撞设施和防撞设施分别为钢飘护舷和钢管防护架的航标桩受到撞击后的动力响应进行分析.通过应力、位移及加速度响应时程曲线对3种情况进行对比分析与优化选择.结果表明,采用钢飘护舷具有更好的防护作用.同时也提出了设计及使用的问题和建议,为今后推广和使用具有一定的指导意义.

亚塑性模型晶粒间应变参数研究

亚塑性模型是近年来提出的一种新的岩土本构模型,该模型不含屈服准则和破坏准则等概念,仅用一个张量方程来描述土体的耗散特性、塑性流动及剪胀特性等。亚塑性模型存在一个缺点在小应变时,应力与应变之间出现锯齿现象。为了消除此现象,Niemunis与Herle提出了晶粒间应变概念,从仿真结果可以看出,与晶粒间应变相关的参数对计算结果有一定的影响,为了尽可能减小这一影响,文章以Masin模型为研究对象,通过分析与晶粒间应变相关参数对计算结果的影响规律,提出最优参数的确定方法。

缺陷可检修型半灌浆套筒连接拉伸性能试验研究

为解决灌浆套筒的施工质量检测和修补的难题,提出了一种缺陷可检修型半灌浆套筒(defect detectable and repairable half grouted sleeve,DDRHGS)。为了验证DDRHGS连接接头的拉伸性能和修补功能的可靠性,综合考虑有无灌浆缺陷、灌浆缺陷率、是否修补、修补材料种类、钢筋直径等因素影响,设计制作了26组78个连接接头试件,开展了单向拉伸加载试验。结果表明:无灌浆缺陷连接接头试件的拉伸性能可满足相关规范要求;灌浆缺陷率对连接接头试件的拉伸性能影响最为显著,较高的缺陷率会导致钢筋滑移破坏,试件的承载能力和变形能力无法满足相关规范要求;新型套筒灌浆缺陷修补功能整体可靠,48个试件的破坏模式、承载能力和变形能力与无缺陷试件基本相当,同等级灌浆料和植筋胶作为修补材料均可保证其修补质量。

适用于区域RC框架结构隔震韧性提升的简化模型

近年来,区域建筑地震韧性提升已逐渐成为国际防震减灾领域的研究热点。该文以典型区域建筑RC框架结构为例,综合考虑区域计算效率和精度,以关键设计指标把握能力、关键结构响应预测能力和韧性水准评价结果为核心目标,研究了适用于该类结构隔震韧性提升的简化模型。基于基本案例,首先评价了广泛使用的基于剪切梁的组合简化模型的精度,结果表明:该模型无法把握关键设计指标底部剪力比,更重要的是无法预测影响韧性水准的关键结构响应最大楼面绝对加速度。鉴于此,该文建议了一种基于铁木辛柯梁的组合简化模型,可准确把握上述关键设计指标和结构响应。以一栋既有RC框架结构为例,实现了基于该简化模型的隔震韧性提升,并用于指导该结构的隔震韧性提升实际工程设计,结果表明:该模型可较好把握关键设计指标和预测关键结构响应,且韧性评价结果与精细模型评价结果相对误差小于4.5%,而基于剪切梁的组合简化模型预测的修复费用和工时误差分别高达177%和31.5%,表明该文建议的简化模型可服务于区域RC框架结构的隔震韧性提升。

丽泽E05超高层结构分析

丽泽E05超高层建筑高172.9m,属于高度超限的一般不规则超限高层建筑,结构采用型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒体系。针对该工程的超限情况,确定了合理的抗震性能目标。分别采用PKPM和ETABS进行了该结构的小震弹性设计,结果表明,两种软件计算结果吻合良好且均满足规范相关要求。在此基础上,进行了基于Perform-3D的动力时程弹塑性分析,小震分析结果与上述两种软件计算结果吻合良好,验证了模型的可靠性。大震下耗能分析结果表明:地震下结构的塑性耗能主要由连梁等水平构件耗散,剪力墙和柱损伤程度较轻,结构的抗震性能均满足预期性能目标要求。

防屈曲可更换伸臂桁架弦杆抗震性能试验研究

为提高伸臂桁架弦杆的延性变形能力和震后可修复能力,提出了一种防屈曲可更换伸臂桁架弦杆。为研究上述新型弦杆的可行性和可靠性,采用1∶3的缩尺比例,设计制作了1个传统削弱式截面(reduced beam section,RBS)弦杆和2不同构造形式的新型防屈曲可更换弦杆,开展了拟静力低周往复加载实验。对新型弦杆的变形能力、承载力、刚度、耗能能力等进行了分析,结果表明:传统RBS弦杆在轴压的作用下,屈曲后承载力和刚度退化快;新型弦杆通过外置RBS板材实现了损伤集中控制,通过防屈曲盖板有效抑制RBS板材的屈曲行为,避免了传统RBS弦杆的屈曲现象,其平均延性系数约为传统RBS弦杆的2倍,满足了新型弦杆在压-弯-剪耦合作用下的延性变形需求。该研究成果可为高性能伸臂桁架的发展完善提供参考。