双向耦合地震作用下的混合控制结构研究

目的为了改善滑移隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对控振结构的影响.方法提出3种磁流变阻尼器(MRD)与滑移隔震混合方案,建立了双向耦合地震作用下MRD与滑移隔震混合控制结构的动力分析模型,推导出其运动微分方程,采用瞬时最优控制算法对6层MRD与滑移隔震混合控制结构进行地震反应分析.结果MRD与滑移隔震混合结构的3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比3种工况下的滑移隔震结构有不同程度的降低.结论当考虑竖向地震作用存在时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度地增加,但各种结构方案都具有良好地减振效果。各混合方案在各种工况下的各种地震反应均得到了更好地控制,而混合方案3的控制效果更加明显.

双向耦合地震作用下滑移隔震结构振动控制及其优化研究

目前,滑移隔震结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,有关多向地震动及其相关性的研究也很少。水平与竖向地面运动具有相关性,从而影响控制效果,因此对双向耦合地震作用下滑移隔震结构模型的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程。以6层滑移隔震结构为例,对其进行地震反应分析。研究表明,在考虑竖向地震作用的情况下,滑移隔震结构也具有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在使结构的地震反应有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加。因此,在高烈度地区的滑移隔震结构应该考虑竖向地震作用对结构的影响。建立滑移隔震装置的参数优化设计模型,采用IHGA程序对结构的重要参数进行优化设计。结果表明,滑移隔震结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制。

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。

考虑耦合地震作用的底层柔性结构体系振动控制

为了减小底层柔性结构的地震反应,防止结构因底层位移过大而倒塌,提出了一种底层柔性结构减震控制体系,在柔性底层安装磁流变阻尼器对其实施半主动控制。考虑到竖向地震的不利影响,建立了结构在双向耦合地震作用下的动力分析模型和振动控制方程,采用LQR控制算法对结构进行地震反应分析。研究表明,在无控情况下,结构的位移主要集中在底部柔性层;实施半主动控制后,结构的底层位移、顶层位移、各层加速度和倾覆力矩均明显减小,其中底层位移减小60%以上。在耦合地震作用下结构的地震反应比单纯水平地震作用下有所增加,以倾覆力矩的增加最明显,因此在高烈度地区应该考虑竖向地震对结构的影响。层间刚度比对结构的控制效果也会产生较大的影响,结构层间刚度比的确定应该在底层位移、顶层加速度和倾覆力矩之间权衡考虑。考虑土与结构相互作用会使结构的控制效果降低。

双向耦合地震作用下含软弱层岩质边坡锚固界面剪切作用

为研究地震作用下锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面上的剪切作用,利用FLAC 3D软件构建锚固含软弱层岩质边坡数值模型,对水平向和竖向地震波耦合作用下的全长黏结锚杆锚固边坡两锚固界面上的剪切作用进行了深入研究。研究结果表明:两锚固界面上的剪应力分布很不均匀,界面处于弹性变形阶段时,两峰值剪应力紧邻中性点,随锚固界面脱黏破坏的发展,两峰值剪应力不断地向锚杆两端转移;双向耦合地震波较单向和双向未耦合地震波对锚固界面剪应力影响更为显著。考虑双向地震波耦合作用的锚固边坡抗震设计更为合理。研究结果可为边坡锚固抗震设计提供参考。

降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析

为探究降雨和地震耦合作用对填方边坡产生的影响,以宁夏中南部黄土丘陵山区妙岭变电站高填方边坡工程为背景,基于施工现场踏勘和探地雷达探测资料,结合地勘报告和设计资料,通过PLAXIS建立数值模型,分析该边坡在降雨和地震耦合作用下的稳定性.结果表明,在降雨或地震单一作用下、降雨和地震耦合作用下,边坡体的超孔隙水压力增大,基质吸力和抗剪强度降低,但由降雨和地震耦合作用造成的超孔隙水压力增幅及基质吸力降幅更大,并且降雨历时越长,降雨和地震耦合作用对边坡的不利影响越大;在降雨条件下,地震力对边坡的影响主要体现在水平位移上,对竖直方向上的位移影响较小,且边坡的总位移随边坡高度的增加逐渐增大;在降雨和地震耦合作用下,坡面监测点的速度峰值大于坡体内部监测点的,坡顶的速度峰值较坡面其他位置的大,坡体表面的动力响应敏感,容易发生浅层滑移.可为西北黄土地区高填方边坡工程的治理设计和预警预报提供参考.

多向地震耦合作用下MRD结构的地震反应分析

地面的竖向运动和水平运动具有相关性,因此竖向地震作用会影响磁流变阻尼器(MRD)减震效果.对多向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立了MRD结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程.分析了竖向地震作用对结构的影响.研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,结构的地震反应有不同程度的增加.其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的MRD结构考虑竖向地震作用对结构的影响.

风与地震耦合作用下钢管混凝土框架-防屈曲支撑结构体系易损性研究

工程结构在其全寿命服役期间会不可避免地遭受风或地震等多种灾害的作用。以钢管混凝土框架-防屈曲支撑结构体系为研究对象,模拟了重现期分别为1年、10年和50年的结构不同高度处的风速时程,基于OpenSees有限元软件对结构开展了地震单独作用和重现期分别为1年、10年和50年的风与地震耦合作用4种工况下的非线性动力时程分析,并基于地震需求分析方法生成了结构在不同工况下的易损性曲线。结果表明:随着风作用的增大,结构的反应和易损性均有增大趋势;而随着地震动强度的增大,风作用对结构易损性的影响则逐渐减小。

地震和风耦合作用下上海中心大厦结构易损性研究

随着城市人口的增加,越来越多的超高层建筑在中国各大城市涌现,在其全寿命周期内不可避免的会遭受风甚至地震等多灾害的作用。以上海中心大厦为分析模型,根据其场地条件,采用Benowitez在2015年提出的1种基于随机波的模型方法模拟不同高度处具有空间相关性的脉动风荷载时程。通过对Perform 3D有限元软件建立的上海中心大厦模型进行非线性动力时程分析,研究地震和风耦合作用下对于结构性能的影响,并基于多灾害需求生成结构在地震和风耦合作用下的易损性曲面来研究结构的抗振可靠度。结果表明:结构的响应和易损性随着风速和PGA的增大而显著增大;随着风速的增大结构的响应和易损性均有增大的趋势,但随着地震动的增大,风荷载对结构响应和易损性影响逐步减小。

双向地震耦合作用对基础摩擦隔震结构的影响

采用多质点层间剪切型模型,建立了基础摩擦隔震多层砌体结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程及滑动与啮合状态判别准则·通过数值计算,分析了竖向地震作用对隔震结构的影响,研究表明,竖向地震作用的存在,使隔震结构下部各层,特别是首层的层间位移,层间剪力增加,隔震层加速度增加,且随地震烈度,竖向加速度峰值增大而增加,并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能·建议在高烈度震区考虑竖向地震作用对结构反应的影响·

地震-风耦合作用下钢框架-自复位支撑筒结构性能研究

基于自回归模型分别模拟重现期为1年、10年和50年下不同高度处的风荷载时程,并与不同峰值加速度的地震动记录进行组合,对一布置预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑的50层钢框架-自复位支撑筒结构在地震-风耦合作用下的性能进行研究。结果表明:在地震-风耦合作用下,风荷载强度的增大对结构层间位移角的增大效果并不显著,结构层间位移角主要由地震动强度控制;风荷载强度越大,结构层间变形集中程度越小;地震动强度越小,风荷载对结构基底剪力影响越显著;地震动强度越大,地震-风耦合作用下结构各层加速度放大系数与地震单独作用下的结果差异越显著;PS-SCED支撑在地震-风耦合作用下能充分发挥耗能能力,有效保护主体结构,其良好的自复位特性能有效减小结构的残余变形。

蓄水-地震耦合作用下近库区隧道力学响应分析

依托云南某临近库区隧道工程,建立了考虑库区蓄水-地震共同作用下隧道地震响应数值模型,开展了蓄水和地震作用下邻库区隧道的力学响应分析,探讨近库区隧道地震响应特征及蓄水高度、地震动强度对隧道地震响应的影响规律。结果表明:蓄水-地震耦合作用下,围岩应力明显增加且出现局部拉应力区域,不利于围岩稳定性;增大了衬砌内力,其中弯矩增幅达2倍,降低了隧道结构安全系数,对结构安全性产生较大的影响。随着地震动强度增大,衬砌结构安全系数迅速降低,但下降幅度随衬砌部位不同而异。在地震荷载作用下,结构主要受地震荷载的影响,而蓄水位高度变化的影响较小。

考虑竖向地震作用的LRB隔震结构优化设计

为了研究竖向地震作用对LRB隔震结构的影响,并改善其隔震效果,建立了耦合地震作用下LRB隔震结构的地震反应分析模型并推导出运动微分方程.以7层LRB隔震结构为例进行地震反应分析,研究结果表明当考虑竖向地震作用时,LRB隔震结构仍具有良好的隔震效果,但地震反应有不同程度的增加,且其增量随着竖向地震作用的增加而增加.建立LRB隔震装置的参数优化设计模型,采用IHGA程序对结构的进行优化设计.结果表明,LRB隔震结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好地控制.

地震-渗流耦合作用下土石坝稳定性分析

为研究地震-渗流作用下土石坝的稳定性,以某一土石坝为研究对象,通过岩土软件Geo-slope中的Seep/w、Slope/w以及Quake/w模块,分析该土石坝在地震-渗流作用下可液化土层的发展规律、超孔隙水压力的变化规律、坝体典型节点加速度和位移变化规律。计算研究表明:在地震-渗流耦合作用下,可液化土层的中下部液化发展水平较高,中下部土体的超孔隙水压力增量也比较大,上层土体发生液化的概率最小。坝体典型节点的加速度发生放大效应,节点高程越高,加速度放大效应越明显。坝体底部位移最小,中上部位移比较大,下游上部土体的竖向位移向上,此处土体发生隆起现象。

考虑竖向地震作用的振动控制及其优化研究

目前,MRD结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,地面的水平运动和竖向运动具有相关性,从而影响控制效果．因此对双向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程．以8层MRD结构为例进行地震反应分析,研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,使结构各层的层间位移峰值有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的建筑物考虑竖向地震作用对结构的影响．建立MRD结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计．结果表明, MRD结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制．

速度脉冲激励作用下混凝土框架柱抗剪性能研究

研究等效速度脉冲地震作用下混凝土框架柱最不利抗剪性能。以混凝土框架结构底层柱为分析对象,采用等效正弦速度脉冲激励作为地震动输入,通过非线性动力时程分析,研究竖直和水平向联合速度脉冲地震作用对框架柱抗剪性能的影响,分析速度脉冲地震作用与竖向和水平向加速度峰值比、峰值输入时差、剪跨比以及基本振动周期等对抗剪需求和抗剪承载力的交互影响规律。结果表明:脉冲速度强度增大,框架柱抗剪需求增大;竖向与水平向峰值比增大,柱抗剪承载力减小。加速度峰值输入时差对柱的最不利抗剪性能有重要影响;剪跨比越大,速度脉冲的影响越显著。基于分析结果的非线性回归,建立了考虑速度脉冲及其交互因素影响的最不利剪力作用效应修正系数。

不同环境荷载激励下考虑流固耦合效应的深水桥墩响应分析

为探讨不同环境荷载组合激励下,动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,对深水桥墩结构在波浪、冰荷载和地震3种环境荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的结构响应进行数值分析。计算结果表明:结构各项参数,包括长细比、墩高以及水深都将会对动水压力影响效应产生不同的影响,因此进行深水桥墩设计以及抗震、抗冰分析时,要综合考虑到以上各种影响因素,使深水桥墩地震反应及其抗震、抗冰分析更趋准确合理。

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明:玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。

地震-波浪耦合作用下考虑相位差影响的深水桥墩动力响应分析

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单视为0,而桥墩处的波浪相位可能在0~2π之间变化,地震与波浪之间的相位差将直接影响波浪作用的大小,进而影响地震-波浪耦合作用。为了研究地震-波浪对深水桥墩的动力耦合作用,并考虑相位差对桥墩动力响应的影响,采用有限元分析软件ADINA建立的组合桥墩的精细化模型及桥墩附近水体的势流体单元模型,以模拟流固耦合作用;分别进行了地震单独作用下、波浪单独作用下以及地震-波浪耦合作用下桥墩的动力响应分析,并考虑了地震动、波高及地震与波浪之间相位差的不同。研究结果表明:地震与波浪间的耦合作用不能忽略,其对桥墩上总动水压力的影响在15%左右;地震与波浪之间的相位差对桥墩动力响应影响显著,当相位差在0~2π之间变化时,最大响应幅值变化接近54%;最不利相位差的取值与地震频率、桥墩水下基频和结构形式密切相关。利用MATLAB软件,提出了最不利相位差的计算方法及其适用条件;提出了耦合作用折算系数,以简化最大动力响应幅值的计算,推动实际工程应用。

地震与冲击耦合作用下自复位墩柱的简化模型及损伤分析

在OpenSees中根据Hertz接触定律建立自复位墩柱在地震与冲击耦合作用下的简化模型,其与常用的Kelvin模型采用不同的力-侵彻位移本构关系。将两种模型的模拟结果与既有的拟静力和冲击动力试验结果进行对比,验证了模型的适用性。模拟结果表明,与Kelvin模型相比,提出的简化模型可有效减小在侵彻开始阶段和平台段冲击力和位移的计算误差。对设计的原型自复位墩柱进行地震与冲击耦合作用响应和损伤分析,结果表明:相较于传统现浇墩柱,自复位墩柱在冲击作用下的剪力和弯矩响应明显减小,表现出更低的冲击损伤;在地震与冲击耦合作用下,自复位墩柱的受弯承载力损失较传统现浇墩柱的小,而损伤程度更小。因此,自复位墩柱具有更好的抗灾韧性,可以有效降低结构地震与冲击耦合作用下的易损性。