双向水平地震作用下高桩码头地震效应组合方法研究

高桩码头在双向水平地震作用下会出现扭转效应,我国码头设计规范对此并无具体规定,但国内建筑结构设计规范和国外码头设计规范一般是将结构在两个主轴方向的单向水平地震作用效应进行组合来处理类似问题。为验证规范中的组合方法对码头的适用性和准确性,选取30组双向水平地震动记录,对码头案例进行时程分析和振型分解反应谱分析。按规范的组合方法计算反应谱分析得到的桩基内力,再计算组合值与时程分析所得内力之比,并进行统计分析。对内力比均值进行回归分析,以提出桩基内力修正系数计算公式。研究结果表明:1)双向地震作用下桩基内力比单向地震作用下大得多,抗震分析时应考虑双向地震的影响。2)相较于国外码头设计规范所用的组合方法,采用国内建筑规范中的平方和方根法组合得到的内力与时程分析结果的相关性更好,所得内力比服从对数正态分布且均值接近1,离散程度较小,建议将此法用于码头抗震分析。3)对于长周期码头结构,组合方法会低估地震反应,应使用所提出的公式对桩基内力予以修正。

双向水平地震作用下复杂地铁车站振动台模型试验的方案研究

采用数值模拟和振动台试验相结合的方法,完成了悬挂式层状多向剪切变形模型箱装置的制作,开展了模型箱自振特性的测试和模型材料物理性质测试,探讨了试验相似比的确定、地基和复杂地铁车站结构模型的制备方法、复杂地铁车站结构合理规模的确定、振动台输入地震动的选取及其加载方式、动态数据采集系统和传感器的选择与布置等问题,为顺利开展双向水平地震作用下复杂地铁车站振动台模型试验奠定了基础。

双向水平地震下7度区框架结构的“强柱弱梁”措施

结合汶川地震中钢筋混凝土框架结构的塑性铰普遍出现在柱端的震害现象,重点研究了"强柱弱梁"措施和"超烈度"对结构抗震性态的影响。按中国规范分别设计7度0.1 g区和0.15 g区三级抗震规则空间框架,并采用逐渐增大的"强柱弱梁"措施,对两类7度区框架各形成5个算例结构。在Open Sees平台上,计算框架在双向水平地震作用下的非线性反应。结果表明,抗震规范GB50011-2001给出的三级抗震的"强柱弱梁"措施取值明显偏低,在罕遇地震作用下7度0.1 g区框架塑性铰数量少、基本为柱铰,7度0.15 g区框架塑性铰数量较多、梁铰少。抗震规范GB50011-2010提高柱端弯矩增大系数取值后,结构的塑性铰分布规律基本没有改善。按抗震规范GB50011-2001设计的7度区空间框架在"超烈度"地震波作用下的损伤特征是塑性铰普遍出现在柱端,与汶川地震的震害现象一致,7度区框架的梁端地震组合弯矩小、现浇板钢筋影响幅度大、"强柱弱梁"措施过低、结构遭遇"超烈度"共同导致了该危险的塑性铰分布特征。

高桩码头双向水平地震反应谱分析及桩基布置优化

本文采用振型分解反应谱法,利用有限元分析软件ANSYS对建于高地震烈度区的某高桩码头进行了双向水平地震作用下的结构响应分析。根据上部结构的重心及结构型式,建立了简化的有限元计算模型,通过对比计算确定了上部结构的较为不利位臵。此外,对地震区几种常见的高桩码头桩基布臵设计与本工程桩基布臵进行了比较分析,并提出了优化建议。

偏心基础滑移隔震结构双向水平地震反应分析

为了探讨偏心基础滑移隔震结构在双向水平地震波输入下的结构地震反应,以一基础滑移隔震五层剪切型结构为例,采用SAP2000程序,通过改变结构构件的布置来改变结构质量中心的偏心距,分析在不同偏心距下结构的反应。结果表明,隔震层和上部结构的加速度随偏心距增加而减小,而结构的扭转效应和位移反应则随偏心距的增加明显增大。因此,在实际应用中应该控制结构的偏心距以保证隔震结构的隔震效果。

高层建筑分段隔震结构双向水平地震作用下的动力时程分析

运用ANSYS程序对某一12层框架结构进行了模态和地震时程分析,为体现分段隔震结构的隔震效果,对比了分段隔震与基础隔震的地震反应;同时也对分段隔震结构在双向和单向水平地震作用下的地震反应进行了分析和对比;提出了结构在双向地震作用下整体位移最大值的计算方法,结果表明分段隔震结构比基础隔震能更有效减小结构的地震反应.

双向水平地震作用效应计算方法对比研究

我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中规定,对于质量和刚度分布明显不对称的结构,地震效应的计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响,即采用扭转耦联振型分解法计算双向水平地震作用下的扭转耦联地震效应。简要介绍了国内外设计规范中采用反应谱计算双向水平地震作用效应的几种方法,并提出了一种基于双向地震作用的新方法;通过构造两个简单算例,将各种方法的计算结果与弹性时程分析的结果进行对比,指出了现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)方法计算双向水平地震作用效应可能偏于不安全,尤其对角部竖向构件的轴力以及不对称结构竖向构件的剪力计算偏差较大;对各种方法差异的原因进行了分析,并建议未来在双向水平地震作用的相关性、双向输入所用反应谱构造等方面进行研究,进一步完善双向水平地震作用效应计算方法。

双向水平地震作用下结构效应计算

本文用反应谱法研究双向水平地震作用方向与结构效应之间的关系 ,给出了抗侧力构件最不利地震作用方向与结构效应的计算公式。

基于中美抗震设计规范的双向水平地震效应组合方法的有效性评估

在地震来临时,一般假设建筑结构同时受到两个正交水平方向分量与一个竖向分量的地震动作用。双向水平地震效应组合方法用于估计两个正交水平分量地震动同时作用时结构的内力效应。本文主要对我国与美国抗震设计规范中规定使用的平方和开平方根(SRSS)方法与百分比组合方法的有效性进行了评估。首先,对比了我国与美国规范在考虑双向水平地震效应时的适用情况及相关规定上的异同。以一4层中心支撑-框架结构为工程案例,考虑两国规范在适用情况上的规定,设置了三个结构布置方案。对三个结构布置方案建立有限元模型,选取22组地震动,开展了动力时程分析。提出了针对SRSS方法与百分比组合方法的评估指标,基于时程分析结果,发展了双向水平地震效应组合的概率性评估方法。评估结果表明:SRSS方法与百分比组合方法用于平面扭转不规则结构的设计较为保守。在简化组合规则的适用条件上,美国规范对平面扭转不规则结构不进行考虑有一定的合理性。建议我国规范对中心支撑-框架结构中含双向受压柱的设计要求考虑双向水平地震效应组合。

双向水平地震作用下我国框架的“强柱弱梁”屈服机制

汶川地震普遍出现的柱铰机制震害现象表明,我国的"强柱弱梁"弯矩调整措施有待改进。双向水平地震作用是影响框架"强柱弱梁"屈服机制的重要因素之一,但在以往的柱端弯矩增大系数研究中没有对其给予重视。以8度区二级抗震等级框架为例,基于平面模型的研究结果表明,上部柱采用∑Mc=1.5∑Mb或∑Mc=∑Mbua的柱端弯矩增大措施,同时底层柱下端的弯矩增大系数取1.5是较优化的"强柱弱梁"调整方案。在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更真实地模拟柱在双向弯矩和变化轴力作用下的非线性地震反应,分析了两个钢筋混凝土六层三维空间框架在罕遇地震下的塑性铰分布规律。研究结果表明,双向地震下两空间框架的塑性铰分布均较对应的平面模型分析结果更不利;按规范要求的∑Mc=1.2∑Mb(底层柱底弯矩增大系数取1.25)设计的空间框架,在罕遇地震下是典型的柱铰机制;按优化的∑Mc=1.5∑Mb(柱底取1.5)设计的空间框架,在罕遇地震下是以柱铰为主的梁柱铰混合耗能机制。

水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响

对不同场地条件下、不同周期的摩擦摆基础隔震结构在水平双向和单向地震作用下的隔震支座位移进行了对比分析,表明水平双向地震作用下隔震支座的总位移均明显大于水平单向地震作用下的支座位移。因而,在简化设计中确定摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移时,可将水平单向地震作用下的隔震支座位移增大30%,以考虑水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响。

水平双向地震作用下薄壁方形截面钢桥墩抗震性能试验及实用算法研究

钢板局部失稳破坏是钢桥墩结构典型的地震失效模式之一,但目前仍缺乏既能考虑局部失稳影响,又可方便用于工程设计的结构地震反应计算方法。通过对2个薄壁方形截面钢桥墩试件施加沿斜向的水平反复荷载,研究结构的地震破坏形式和抗震性能;在钢材修正双曲面滞回模型的基础上,通过对结构参数分析结果的数据拟合,建立考虑钢板局部失稳影响的方形截面钢桥墩纤维模型算法。结果表明:薄壁方形截面钢桥墩结构在水平双向地震作用下,首先会发生墩底钢板局部失稳,在荷载达到最高点后墩底焊缝处出现超低周疲劳破坏,在两种地震破坏的共同作用下结构承载力迅速下降;通过与试验结果的对比,验证结构地震有效损伤域L_d内的纤维单元采用等效滞回模型能准确反映钢板的局部失稳效应,为工程设计提供一种高精度的实用计算方法。

双向地震作用下我国“强柱弱梁”措施的有效性评估

以往研究柱端弯矩增大系数时一般基于平面分析模型,双向水平地震作用对框架"强柱弱梁"屈服机制的影响未引起重视。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则空间框架,在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应,对五个框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,7度0.1g区三级抗震空间框架形成了柱铰为主的混合耗能机制,7度0.15g区三级抗震空间框架少量楼层发生了层侧移反应,8度0.2g区、0.3g区二级抗震空间框架均是部分楼层出现明显层侧移反应的典型柱铰机制,9度0.4g区一级抗震空间框架则形成了梁铰、柱铰均较严重的梁柱铰混合机制。五个空间框架在双向地震下的塑性铰分布特征均比相应平面框架更不利。我国不同烈度区、不同抗震等级的空间框架结构在罕遇地震下形成了不同的的塑性铰耗能机制。

建筑结构在双向地震作用下的扭转振动效应

利用振型分解反应谱方法研究了高层建筑结构在双向水平地震作用下扭转与平移振动的耦联反应及其近似计算方法 ,分析了影响扭转振动效应的动力增大因素 .结构顶部相对扭转响应主要与相对偏心距以及抗扭周期与侧振周期的比值有关 ,且都随着二者的增大而增大 ,结构在双向水平地震作用下反应是单向水平地震作用的 1 2至 1 6倍 ,提出了两种有效的单向组合方式 .建议有效控制顶部相对扭转响应并提出了考虑扭转振动效应的抗震措施 .

基于ANSYS的回字形结构地震响应分析

实际震害表明,平面不规则结构在地震作用下会产生平动与扭转耦合的振动。文章利用有限元软件ANSYS对回字形建筑结构的动力特性和地震响应进行分析,探讨了结构构件尺寸对结构自振周期的影响;对比了结构在一维、二维地震波作用下顶层位移及角柱剪力、轴力的变化。分析结果表明,回字形结构顶层位移、角柱剪力不存在平面内两个方向的耦合作用,而双向水平地震作用下角柱轴力比单向水平地震作用下增大很多,设计时值得引起注意。

水平双向地震作用下基础隔震结构支座位移的确定

对不同场地条件下,不同周期的基础隔震结构在水平双向和单向地震作用下的隔震支座位移进行了对比分析,表明水平双向地震作用下隔震支座的总位移均明显大于水平单向地震作用下的支座位移,其比值的平均值为1.187,因而,在简化设计中确定基础隔震结构隔震支座位移时,可将水平单向地震作用下的隔震支座位移增大20%,以考虑水平双向地震作用对基础隔震结构隔震支座位移的影响。

双向地震作用对可液化倾斜场地-桩基-结构地震响应的影响研究

为研究水平竖向双向地震作用对倾斜液化场地-桩基-结构体系地震响应的影响,基于Biot多孔介质理论,将饱和砂土模拟为固液完全耦合的两相介质,采用多屈服面塑性本构模型模拟饱和砂土的地震响应,在OpenSees软件中建立了可液化倾斜场地-桩基-桥梁结构体系有限元模型,并与已经完成的液化倾斜场地-群桩基础-上部结构体系大型振动台试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。在此基础上,建立了典型液化倾斜场地-桩基-桥梁结构体系的数值模型,探讨了水平单向和水平竖向双向地震作用下体系的地震响应规律。结果表明:相比水平单一方向地震输入,水平竖向地震耦合作用时,可液化土的孔隙水压力震荡强烈,可液化层土体的侧向永久位移明显增加,尤其是在饱和砂土中上层的位置;水平竖向双向地震作用下,桩的破坏更显著且易损伤位置增多,桩基峰值曲率最大可增加128%,可液化层中部的桩身侧向位移增加约30%;此外,增加桩的配筋率可以有效限制土体侧向位移从而降低桩的破坏程度;竖向地震作用增大了上部结构的惯性效应,使得桥墩墩底峰值曲率增大约100%,加剧了桥墩墩底的损伤程度。因此,在液化倾斜场地中桩基础的抗震设计时应考虑竖向地震作用的影响。

水平双向地震作用下钢桥墩损伤区域长度研究

钢板局部失稳是典型的钢桥墩地震破坏形式之一,因此在进行结构地震反应分析时需要考虑钢板局部变形对计算结果的影响。为了研究钢桥墩结构的地震损伤特征并为建立合理的杆系-板壳混合单元模型提供依据,以矩形截面钢桥墩为对象,采用板壳有限元模型和修正双曲面滞回本构模型分析了结构在水平双向反复荷载作用下的破坏过程,讨论了加载路径对桥墩承载力、延性以及极限状态下局部变形特性的影响;通过结构参数分析拟合了钢桥墩地震损伤区域长度预测公式;通过全板壳单元模型和杆系-板壳混合单元模型的桥墩弹塑性地震反应分析结果对比,验证了损伤区域长度预测公式的适用性。结果表明:钢桥墩在单方向上的承载能力和延性特性与荷载作用路径有关,沿正方形加载时结构的延性最小,沿斜方向加载时结构的承载力最小;荷载作用路径对钢桥墩极限状态下的损伤区域长度影响不明显;矩形截面钢桥墩地震损伤区域长度主要与截面宽度及横隔板间距有关,根据这2个参数建立的钢桥墩地震损伤域区域长度预测公式能够正确反映结构在水平双向地震作用下发生局部失稳的范围。该公式可为钢桥墩地震损伤范围预测以及合理混合单元模型的建立提供参考依据,但预测结果偏于保守,精度仍有待于进一步提高。

空间框架简化为平面模型的抗震分析

在OpenSees(open systemfor earthquake engineering simu lation)平台上,采用基于柔度法的纤维模型非线性梁柱单元有限元分析模型,以八度区二级规则抗震空间框架以及沿x向取出的平面框架为研究对象,将单向地震作用下的空间框架作为对比的桥梁,从整体和局部两个层次研究双向地震作用下空间框架、单向地震作用下平面框架的地震反应的相关性。结果表明,3种模型的x向整体位移反应较为近似,按照传统方法提取平面模型代替空间框架的单向地震反应是可行的。框架局部反应差别较大,单向地震下平面框架是以梁铰为主的梁柱铰机构;双向地震下空间框架则以柱铰为主,柱端转角延性需求明显大于梁端,有形成层侧移机构的趋势,平面模型明显低估了空间框架柱的局部地震反应。

双层钢箱—混凝土组合墩耗能与等效黏滞阻尼分析

双层钢箱—混凝土组合墩柱(DSCB墩柱)是一种具有良好的抵御"多灾害"能力的新型桥梁墩柱截面形式,鉴于耗能能力是结构或构件抵抗地震的一个重要性能,而黏滞阻尼又是表征构件耗能特性的关键参数,为了解该新型墩柱在双向地震作用下的耗能和阻尼特点,通过对11根DSCB墩柱的水平单、双向拟静力试验,研究该新型桥梁墩柱的耗能能力及等效黏滞阻尼系数。试验结果表明:DSCB墩柱具有远超同截面尺寸钢筋混凝土箱型墩的耗能能力;DSCB墩柱的双向累积滞回耗能和位移延性存在相关关系,给出的正则化耗能与位移延性的关系式可为估算墩柱的耗能能力使用;由于双向耦合作用,弱轴的滞回环出现拓宽,因此双向地震作用下弱轴的等效黏滞阻尼大于单向地震作用下弱轴的等效黏滞阻尼。