平面偏心结构的三维能力谱方法

基于单自由度模型的性态评估方法,无法考虑偏心结构平扭耦联效应且不便于考虑双向地震动输入,存在很大的局限性.本文在对水平偏心结构模态分析的基础上,利用OpenSees构建等效三自由度模型(ETDOF),将该模型用于双向地震动作用下偏心结构平扭耦联简化计算和性态评估.在对ETDOF模型进行振动特性分析的基础上,基于等位移原...     

带TLD结构基于Davenport谱随机风振响应分析和风荷载取值的复模态法

对带TLD控制系统的高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值问题进行了系统研究。针对主体结构用第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带TLD结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应和等效静态设计风载的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故本文方法可用于带TMD、TLD等结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。此外,由于建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,利用等效单自由度体系与抗震反应谱的关系,本文方法还可用于非经典阻尼非对称被动控制结构基于抗震反应谱的地震作用取值。     

不同类型地震波作用下地下综合体结构地震反应分析

为探究不同类型地震波作用下地下综合体结构的地震反应特征,本文以上海某地下综合体为工程背景,采用ABAQUS软件建立土-地下综合体结构相互作用体系三维有限元模型,利用Davidenkov模型模拟土的非线性,以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入,对软土场地中地下综合体结构进行了地震反应分析,比较了不同类型地震波作用下地下综合体结构地震反应的差异,探讨了地下综合体结构的竖向地震动效应问题．本文的算例结果表明：在长周期地震波作用下地下综合体结构的位移响应和内力响应峰值均明显大于普通地震波作用下的结果;考虑竖向地震动时地下综合体结构的柱轴力较单一水平向地震动作用情形有明显增大;在本文地下综合体结构算例中,地下三层柱底、四层柱顶、五层柱底、以及底板与侧墙连接处为受力较大部位．     

多维地震波作用下地铁车站及场地的地震反应

研究了不同类型多维地震波作用下地铁车站及软土场地的地震反应特征。以上海软土场地条件下的某双层地铁车站为背景,采用有限元方法建立了描述场地土与地铁车站结构相互作用的二维非线性力学模型,其中利用等效线性化方法模拟了土的非线性。以不同类型基岩的多维(含水平向和竖向）地震波作为输入,运用ANSYS软件数值分析了软土场地中地铁车站结构及场地的地震反应,比较了不同类型地震波作用下地铁车站结构和场地地震反应的差异．算例结果表明：在长周期地震波作用下地铁车站结构的内力响应峰值以及场地地表的加速度响应峰值和位移响应峰值均明显大于普通地震波作用下的相应值;考虑竖向地震动时双层地铁车站底层中柱的柱底轴力较单一水平向地震动作用的情形有明显增大;地铁车站的存在使结构上覆土层加速度响应峰值和位移响应峰值有所降低．     

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．     

土-结构动力相互作用分析中基于人工边界子结构的地震波动输入方法

数值模拟是解决土-结构动力相互作用问题的重要手段,而合理地实现地震波动输入直接影响地震作用下土-结构动力相互作用问题数值模拟的精度。波动法是目前常用的地震动输入方法之一,该方法将输入地震动转化为人工边界上的等效荷载,相较于其他地震动输入方法,波动法模拟精度高,但实施上相对复杂。从有限元模型入手,推导了采用波动法确定等效输入地震荷载的另一种形式,以此为基础,提出了一种在人工边界上实现地震动输入的新方法。新方法通过对土-结构有限元模型中由包含人工边界节点的单元组成的子结构施加自由场位移时程并进行动力分析,直接获得可实现地震波动有效输入的等效荷载,然后将等效输入地震荷载施加在土-结构模型的人工边界节点上,从而完成土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入和地震反应计算。与原有波动法相比,新方法避免了需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件带来的附加力,以及需要根据不同人工边界面确定荷载的作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用竖直入射和斜入射地震波动作用下的弹性半空间和成层半空间地震反应算例验证了新方法的有效性。      

土–结构动力相互作用分析中基于人工边界子结构的地震波动输入方法

数值模拟是解决土–结构动力相互作用问题的重要手段,而合理地实现地震波动输入直接影响地震作用下土–结构动力相互作用问题数值模拟的精度.波动法是目前常用的地震动输入方法之一,该方法将输入地震动转化为人工边界上的等效载荷,相较于其他地震动输入方法,波动法模拟精度高,但实施上相对复杂.从有限元模型入手,推导了采用波动法确定等效输入地震载荷的另一种形式,以此为基础,提出了一种在人工边界上实现地震动输入的新方法.新方法通过对土–结构有限元模型中由包含人工边界节点的单元组成的子结构施加自由场位移时程并进行动力分析,直接获得可实现地震波动有效输入的等效载荷,然后将等效输入地震载荷施加在土–结构模型的人工边界节点上,从而完成土–结构动力相互作用问题分析中地震动输入和地震反应计算.与原有波动法相比,新方法避免了需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件带来的附加力,以及需要根据不同人工边界面确定载荷的作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震载荷计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点.采用竖直入射和斜入射地震波动作用下的弹性半空间和成层半空间地震反应算例验证了新方法的有效性.     

单自由度"加层"减震结构地震作用取值的复模态法

运用复模态方法,以我国现行设计反应谱为基础,对单自由度TMD和“加层”减震结构地震响应及地震作用取值问题进行了系统研究。首先用复模态法将非经典阻尼非对称结构运动方程解耦,然后运用随机振动理论获得结构的动力响应解析式,并建立将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系与反应谱的对应关系,确定结构动力响应表达式中各参数的取值,建立结构基于反应谱的设计响应及其等效静态地震作用的设计方法,并给出了算例,从而建立了非经典阻尼非对称结构基于反应谱的地震作用取值的一整套方法。     

考虑竖向地震作用效应的地下典型空间结构易损性性能指标探讨

为探究考虑竖向地震作用效应的地下空间结构易损性性能指标,本文基于地下结构抗震分析与设计的Pushover分析方法,以六个典型地下空间结构为背景,利用ABAQUS软件建立带有附加自由场的土-地下空间结构相互作用分析模型进行Pushover分析,研究了不同类型场地及地下空间结构埋深对地下空间结构中的柱构件能力曲线的影响;采用弯矩-转角四折线模型来量化指标限值,将Pushover分析所得结果经数学统计分析,以保证率为98%的屈服转角、峰值荷载转角以及极限转角限值作为特征点,得到了适用于水平地震作用下的性能指标限值.然后,基于冲量原理分析了不同竖向地震动加速度对柱构件动力响应的影响,由拟合所得的屈服转角、峰值荷载转角以及极限转角与轴压比的关系,求得了考虑竖向地震作用效应的特征点限值折减系数,给出了考虑竖向地震作用效应的地下空间结构易损性性能指标限值.研究结果表明:地下空间结构埋深对其柱构件的能力曲线影响较大;与仅考虑水平向地震作用的结果相比较,本文算例中考虑竖向地震作用效应的特征点的平均折减系数可分别取屈服转角为0.89、峰值荷载转角为0.85、极限转角为0.80.     

序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征分析

现有的结构地震反应分析通常只考虑主震作用,而在历次震害中余震导致建筑物破坏加剧甚至倒塌的事例时有发生.将实测主震加速度时程和余震加速度时程,采取首尾相连、中间间隔零幅值时程的方式模拟主、余震序列地震动,以某98m高的复杂高层结构为背景,分析了主、余震序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征,对比了主震作用、余震作用、以及主余震序列地震动作用下结构反应的差异.结果表明:余震对结构损伤加重的影响在各楼层间分布不均匀,主震作用下损伤严重的楼层,在余震作用时的损伤加重程度更大;余震作用使结构的残余位移发生了变化,结构的损伤加重;序列地震动作用下结构的塑性损耗指标较对应主震单独作用时有较明显增大.     

Efficient and accurate procedure for selecting ground motions matching target response spectrum

Linear and nonlinear response history analyses have become popular in seismic design and seismic performance evaluation procedures. The accuracy of analysis results depends not only on the accurate analytic models for structures but also on the proper selection of input ground motions. The purpose of this study is to develop a computationally efficient and accurate procedure for selecting ground motions considering the target response spectrum mean and variance, and the correlations between response spectra of different periods. In this procedure, a number of response spectra are simulated equal to the number of ground motions to be selected, using a Monte Carlo simulation. Subsequently, ground motions are selected from a ground motion library to individually match the simulated response spectra, using the proposed selection procedure. This procedure is computationally efficient and accurate in selecting a ground motion that best matches a simulated response spectrum and in determining a scaling factor for the selected ground motion. In order to further improve the selection result, multiple sets of simulated response spectra are considered. The accuracy and efficiency of the proposed procedure are verified with numerical examples.     

Approximate MPA-based method for performing incremental dynamic analysis

In performance based earthquake engineering, it is important to accurately predict the seismic demand and capacities of structures. One recent estimation method is incremental dynamic analysis (IDA), which requires a series of nonlinear response history analyses (RHA) of the structure under various ground motions, each scaled to multiple levels of intensity, selected to cover entire range of structural response from elasticity, to yield and finally global dynamic instability. The implementation of IDA requires intensive computation and detailed knowledge of the nonlinear RHA of structures. In response to the complexity of IDA, an approximate method based on modal pushover analysis (MPA-based IDA) was developed. In MPA-based IDA, seismic demands are computed using the nonlinear RHA of the equivalent SDF systems instead of using nonlinear RHA of MDF systems. The objective of this study is to develop a simpler MPA-based IDA procedure that can avoid nonlinear RHA of equivalent SDF systems. For this purpose, MPA-based IDA employs the empirical equation of the inelastic displacement ratio (C _R ), defined as the ratio of peak displacement of the inelastic SDF system to that of the corresponding elastic SDF system given the strength ratio R, and that of the collapse strength ratio (R _c), which is the ratio of collapse intensity to yield strength. The proposed procedure is verified by comparing the seismic demands and capacities of 6-, 9-, and 20-story steel moment frames as determined by the proposed method and exact IDA.     

Fragility analysis of bridges under ground motion with spatial variation

Seismic ground motion can vary significantly over distances comparable to the length of a majority of highway bridges on multiple supports. This paper presents results of fragility analysis of highway bridges under ground motion with spatial variation. Ground motion time histories are artificially generated with different amplitudes, phases, as well as frequency contents at different support locations. Monte Carlo simulation is performed to study dynamic responses of an example multi-span bridge under these ground motions. The effect of spatial variation on the seismic response is systematically examined and the resulting fragility curves are compared with those under identical support ground motion. This study shows that ductility demands for the bridge columns can be underestimated if the bridge is analyzed using identical support ground motions rather than differential support ground motions. Fragility curves are developed as functions of different measures of ground motion intensity including peak ground acceleration, peak ground velocity, spectral acceleration, spectral velocity and spectral intensity. This study represents a first attempt to develop fragility curves under spatially varying ground motion and provides information useful for improvement of the current seismic design codes so as to account for the effects of spatial variation in the seismic design of long-span bridges.     

大跨度结构抗震分析方法及近期进展

对反应谱方法、随机振动方法和时间历程法应用于大跨度结构抗震分析时的特点作了分析和对比。研究表明,地震地面运动的空间变化效应(特别是行波效应)对大跨度结构的响应有相当大的影响。反应谱方法对多点激励地震分析显得相当困难,而随机振动方法则有明显的优越性。对于强震作用下的大跨度结构非线性地震响应,时间历程法在现阶段仍应是主要的分析方法。      

三维偏心结构的Pushover分析

Pushover分析方法近年来引起了地震工程界的广泛兴趣,我国新的抗震设计规范已将其作为大震下结构弹塑性变形分析的一种方法。结构不规则性是影响Pushover分析应用的一个主要因素,而加载模式的选取则是Pushover分析的一个关键问题。本文采用FEMA273建议的3种加载模式对两个典型的三维偏心结构（刚度偏心和质量偏心）进行了Pushover分析,并与非线性动力时程分析的结果进行了比较,给出了三维偏心结构Pushover分析加载模式选取的建议。     

Toward more rational criteria for determination of design earthquake forces

The preliminary design of most buildings is based on equivalent static forces specified by the governing building code. The height wise distribution of these static forces seems to be based implicitly on the elastic vibration modes. Therefore, the employment of such a load pattern in seismic design of normal structures does not guarantee the optimum use of materials. This paper presents a new method for optimization of dynamic response of structures subjected to seismic excitation. This method is based on the concept of uniform distribution of deformation. In order to obtain the optimum distribution of structural properties, an iterative optimization procedure has been adopted. In this approach, the structural properties are modified so that inefficient material is gradually shifted from strong to weak areas of a structure. This process is continued until a state of uniform deformation is achieved. It is shown that the seismic performance of such a structure is optimal, and behaves generally better than those designed by conventional methods. By conducting this algorithm on shear-building models with various dynamic characteristics subjected to 20 earthquake ground motions, more adequate load patterns are introduced with respect to the period of the structure and the target ductility demand.     

桁架拱结构在地震动双向多点激励下的反应分析

基于经验相干损失函数和《建筑抗震设计规范》定义的反应谱模拟了空间变化地震动,进行了空间变化水平向和竖向地震动共同激励下桁架拱结构的反应分析。数值分析结果表明,与一致激励引起的结构反应相比,考虑地震动的空间变化增大了桁架拱结构的地震反应,引起地震动空间变化的每一个因素对于结构反应都有重要的影响。传统的基于一致地震动和仅考...     

香港青马桥抗震分析

对香港青马桥的地震反应分析表明，地震地面运动的空间变化效应（特别是行波效应）对大跨度结构的响应有着相当大的影响。本文也表明随机振动方法在处理多点激励地震问题时相对于当前广泛使用的反应谱方法具有明显的优越性。