弹塑性SDOF系统的地震输入能量谱

以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了弹塑性单自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系统的地震输入能量谱,并对地震动强度和SDOF系统参数对地震输入能量谱的影响进行了研究。结果表明:能量谱峰值主要由地震动强度决定,阻尼比和延性系数有很大影响。在长周期范围,延性系数一定时,随着阻尼比的增大,能量谱值也有所增大;随延性系数增大,能量谱值随阻尼比增加而增大的趋势有所减缓。采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了简化三段式地震输入能量谱,并根据能量谱分析结果的统计,建议了弹塑性SDOF系统能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。

弹塑性MDOF系统地震输入能量研究

基于地震作用下弹塑性SDOF(Single Degree of Freedom)和弹性MDOF(Multi-degree of Freedom)系统能量输入研究,本文分析了弹塑性MDOF系统能量输入规律。以实测地震记录为输入,采用弹塑性时程分析方法,计算了一阶初始周期≤3s的5、10、20、30层双线性滞回剪切层模型,不同阻尼比、承载力降低系数情况下4800个结构和一阶初始周期>3s的40层结构能量输入,与弹塑性SDOF系统的输入能量谱进行对比。研究表明:一阶周期在3s以内的弹塑性MDOF系统输入能量EI可用相同阻尼比、初始周期、承载力降低系数的弹塑性SDOF系统计算结果近似确定;一阶周期大于3s的弹塑性MDOF系统,可采用MPA方法等效为多个弹塑性SDOF系统,按照振型叠加法计算总输入能。

弹性SDOF系统的地震输入能量谱

本文以4种场地土条件下40条强震记录为输入,对弹性单自由度(SDOF)系统的地震输入能量谱进行了研究。首先研究了SDOF系统参数和地面运动参数对弹性地震输入能量谱的影响。结果表明,在中长周期范围,弹性SDOF系统的阻尼比和地面运动强度对能量谱峰值有较大影响;在长周期范围,随弹性SDOF系统阻尼比的增大,能量谱值也有所增大。随后,采用归一化能量谱方法,并根据能量谱曲线的特征,建议了简化三段式地震输入能量谱。在此基础上,根据4种场地土条件下40条强震记录能量谱计算结果的统计分析,建议了能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。

建筑结构中隔震器对地震输入能量的影响

本文分析了隔震器对结构抗侧移刚度及自振频率的影响 ,通过求解结构在安装隔震器前后的地震输入能量 ,确定了隔震器对结构地震输入能量的降低机理和程度 。

等效线性化方法在地震输入能量谱中的应用

建立弹塑性单自由度系统的地震输入能量谱是基于能量抗震设计的核心问题之一,而等效线性化方法是一种简化计算弹塑性结构地震响应的实用方法,但其在弹塑性系统地震输入能量谱中的应用尚不成熟。目前基于位移一致提出的等效性线性化方法已有很多,选取其中有代表性的4种方法将弹塑性结构简化为弹性结构进行地震输入能量的计算,比较各种方法的计算精度和适用范围,同时分析和讨论了结构参数对各种等效线性化方法计算误差的影响。结果表明:所选4种等效线性化方法均对短周期结构的能量谱预测误差较大;对中等周期和中长周期下的结构其计算误差较小,其中Caltrans法和Iwan法的误差相对稳定,且平均值在10%以内。基于以上分析结果,采用遗传算法对Iwan法进行了修正,改进了其对短周期范围弹塑性结构能量谱的计算精度。

考虑双向地震激励的标准化地震输入能量反应谱研究

以往地震输入能量谱的研究几乎都是以单自由度体系和单向地震输入为前提,没有考虑地震动的多维性和结构非线性反应的空间耦合性。于是,建立单质点双自由度体系,假设体系的弹塑性关系为满足二维屈服面函数的理想弹塑性形式,基于此模型提出双向地震动作用下标准化的地震输入能量反应谱理论。以硬土、中硬(软)土和软土三类场的地震记录作为体系的双向激励,建立统计平均的等延性系数标准化地震输入能量谱。分析场地类别、延性系数、两水平主轴方向周期比对标准化地震输入能量谱的影响。分析表明:各类场地分别具有独自的谱形特征和规律性;延性系数对硬土场地和中硬(软)土场地的谱值影响较明显,而对于软土场地,除长周期外影响很小;周期比ζ对谱值具有一定影响;基于单自由度体系建立的输入能量谱在某些情况下会高估能量反应。

不同阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算分析

本文给出了复阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算公式。利用天津、ElCentro、迁安记录及Mexico地震Cale记录计算了复阻尼及粘性阻尼体系的地震能量输入及阻尼能量耗散,并绘制了相应的时程曲线。计算所用阻尼比取0.1及0.05,周期分别取0.3s,0.5s,1s,1.5s及5s。通过计算我们观察到,除迁安记录外,在其它几个地震作用下,对固有周期小于1s的短周期结构,复阻尼体系能量输入及阻尼能量耗散时程曲线值高于相应的粘性阻尼体系(对迁安记录固有周期需小于0.5s)。对中周期结构,两组曲线相近,对于长周期结构,复阻尼体系的能量时程曲线值低于相应的粘性阻尼体系值。对于每个地震记录,有一个临界值,体系的固有周期小于此值时,不同阻尼模型的能量输入、阻尼能量耗散时程曲线值无大差异,当周期大于此值时,不同阻尼模型的能量输入及阻尼能量耗散时程曲线差异较大。复阻尼体系对周期的敏感程度远大于粘性阻尼体系。当周期不变,阻尼比增大时,在峰值点之后,复阻尼体系能量时程曲线基本无大的变化,粘性阻尼体系能量时程曲线有抬高趋势。

并联隔震体系地震总输入能量的影响因素分析

采用双线性滞回模型,对并联基础隔震体系进行了单质点的弹塑性能量反应谱分析,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,探讨了地震总输入能量受各种因素影响的变化规律.研究表明,并联基础隔震体系的地震总输入能量谱曲线受地震动特性及其自身的自振周期的影响较大,地面加速度峰值越大,地震波的卓越周期越大,地震波的持时越长,输入结构的总输入能也越大.总输入能量对屈服剪力系数、第二刚度系数、摩擦系数和阻尼比的敏感性不是很突出,在较长的周期范围内,摩擦系数的增大和阻尼比的增加,都使地震动总输入能量有略微增大的趋势.

结构地震总输入能量影响因素分析

地震总输入能量是结构抗震能量分析与评估的重要内容之一,利用能量谱对单自由度体系地震总输入能量的影响因素进行了分析,影响因素包括地震动特性(强度、频谱、持时)以及结构特性(延性系数、阻尼比),分析中还考虑了不同场地土类型的影响。研究得到了一些有意义的结论,包括:滞回耗能与总输入能量之比受地震强度的影响很小;结构最大强度与能量需求不同步;结构延性和阻尼的增加可以有效削弱能量谱峰值,而在短周期和长周期范围影响较小,等等。研究成果可为结构地震输入能量以及滞回耗能评估提供参考和依据。

基于持时的地震能量研究状况与进展

基于地震持时的重要性,本文阐述了当前各种持时的定义及其应用。此外,列举了地震输入能量的简化计算方法,并从地震能量的计算、地震波输入选择、地震损伤评价三个方面,探讨了地震持时与能量的关系。最后,从利于结构抗震的角度出发,对结构构件的滞回耗能计算方法的研究提出了建议。

地震动特性对框剪结构地震能的影响分析

基于能量平衡原理,运用PERFORM-3D软件对钢筋混凝土高层框剪结构在强震作用下的弹塑性能量响应进行了分析,研究了地震动强度、频谱特性和强震持时等特性对于地震的总输入能、总滞回耗能和总阻尼耗能以及滞回耗能和阻尼耗能占总输入能的比例的影响规律。研究表明:地震动特性对于高层框剪结构地震输入能量及其分量影响显著,在基于能量抗震分析与设计时应引起足够重视。

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅱ)：振动台试验

通过模型振动台试验研究了基于位移设计的钢筋混凝土桥墩的抗震性能。以完成的拟静力试验中的桥墩试件为参考原型,利用基于位移抗震设计方法和现行桥梁抗震规范方法设计了4根1:2的钢筋混凝土桥墩试件并进行了模型振动台试验。对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和地震总输入能(耗能)等方面进行了比较分析。综合拟静力试验和振动台试验结果,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求。

弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱

本文对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱进行了分析研究。以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了结构和地面运动参数对弹塑性SDOF系统累积滞回耗能谱与输入能量谱比值的影响。结果表明:阻尼比、延性系数、初始周期有很大的影响,而地面运动参数影响不大。结合现有的10种累积滞回耗能谱的计算模型和影响参数分析,建议了一个新的累积滞回耗能谱的计算方法。计算结果表明,本文建议的方法较好地反映了累积滞回耗能谱的影响参数和变化趋势,与现有计算模型有较好的一致性,且满足边界条件、便于计算。

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。