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远场长周期地震下基于规范设计隔震结构的抗震性能研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

在墨西哥(1985)、日本(1995,2011)及中国汶川(2008)等已经发生的强地震中,人们发现远离震源的高层建筑、大跨度桥梁等长周期结构存在较为明显的震害,这类现象引起了国内外研究者的广泛关注。总结近年来的研究成果可知,这些地震中所包含的长周期地震动分量是造成上述具有较长周期的结构发生破坏的主要原因。根据地震动特性的不同可以将长周期地震动分为具有明显大幅值脉冲的近断层长周期地震动和远场类谐和长周期地震动两类。受限于地震记录采集仪的发展水平,早期人们并不能获取地震记录中真实的、高精度的长周期分量,这严重阻碍了对其特性以及其作用下结构的抗震性能等研究工作的开展。随着科学技术的不断发展,现有仪器已经能够捕捉到地震过程中的长周期成分,为相关研究工作的开展提供了不可或缺的基础条件。

近年来,国内外学者围绕隔震结构在长周期地震动作用下的地震行为积极开展了研究。Kitamura等[1]研究了隔震结构在长周期地震动作用下的抗震性能,包括结构的累计耗能、隔震层最大位移响应等;Fukuwa等[2]以长周期地震记录为输入,研究了影响高层结构、隔震结构等长周期结构地震响应的关键参数;Ariga等[3]对高层基础隔震结构在长周期地震动作用下的地震响应进行了分析;Moussa等[4]提出了一种适用于隔震结构近断层脉冲型地震响应分析的反应谱方法;Pant等[5]对隔震结构在包含长周期脉冲地震动作用下的抗震性能进行了研究;Shi等[6]研究了某四层基础隔震医院在长周期地震动作用下的响应;贺秋梅等[7]研究了近断层速度脉冲型地震动作用下基础隔震结构的位移反应;叶昆等[8]对近断层脉冲型地震动作用下基础隔震结构的碰撞响应进行了研究;宋廷苏等[9]对速度脉冲型地震动作用下隔震结构的减震系数进行了研究;刘阳等[10]对单层单向偏心隔震结构在近断层和远场长周期地震动作用下的损伤性能进行了评价;杜东升等[11]研究了包含长周期特性在内的地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤的影响;李雪红等[12]分析了长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应和减震效果的影响;孙颖等[13]探讨了有明显脉冲效应的近、远场长周期地震动作用对隔震连续梁桥地震反应的影响;赵益彬等[14]对高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应进行了分析;王亚楠等[15]对近断层长周期脉冲型地震动作用下,影响隔震结构地震响应的不同参数进行了研究;Alan等[16]研究了基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的性能状态。针对隔震结构在长周期地震动作用下的地震响应进行研究的文献还有很多,但主要集中在近断层脉冲型地震动作用下的研究,而针对隔震结构在远场长周期地震动作用下的地震响应进行研究的文献尚且不多,有待于进一步深入研究。

综上所述,本文在太平洋地震工程研究中心(PEER)地震动数据库的基础上,根据地震记录的功率谱特点,选取远场长周期地震记录作为结构的地震输入,以某基于规范设计的基础隔震工程为例,研究其对隔震结构地震响应的影响,并初步探讨其作用下隔震结构的损伤分布和发展规律。

1 工程设计概况

以某5层钢筋混凝土框架基础隔震结构新建工程为例。结构各层层高均为3.0 m,抗震设防类别为丙类,所处地区的抗震设防烈度为Ⅷ度0.2g,设计地震分组为第二组,场地类别为Ⅱ类,特征周期值为0.45 s。外边梁截面尺寸为800 mm×300 mm,其余梁截面尺寸为300 mm×600 mm,柱截面尺寸为500 mm×500 mm,均采用C30混凝土,梁、柱纵向钢筋和箍筋均采用HRB400;计算分析时,板面恒荷载为6.0 kN/m2(含楼板自重),活荷载为2.0 kN/m2,填充墙自重转化为梁上恒荷载6 kN/m2

双辊筒开放式炼胶机电力拖动系统改造前后能耗对比如下表1、表2所示:其中有效工作日指除节假休息日、机床维修等停机时间后的有效工作天数。

2 隔震效果分析

图1(a)所示为结构的平面布置图,图1(b)所示为隔震支座的布置方案(其是根据上部结构的初步计算结果及隔震支座厂家提供的产品规格表,经过反复试算最终确定)。隔震支座设置在房屋基础与上部结构之间,将上部结构与基础隔开。每根框架柱下均设置隔震支座,选用的隔震支座型号及性能指标如表1所列。

伴随以上举措开展的,是其后数年间,合理用药、新技术管理、手术分级、患者安全目标和安全生产责任划定等工作。“在2012年启动的等级医院评审评价工作中,《三级综合医院评审实施细则》里,患者安全是核心条款。”张伟介绍,针对以上要求,南大一附院迅速跟进,制定标准,逐条落实,涉及安全类的核心条款要求100%达标,在制度完善、人员培训和信息化建设、职能科室监管和相关奖励方面予以全面落实。

根据我国建筑抗震设计规范中的相关要求,文中在进行动力时程分析时,根据建筑场地类别和设计地震分组,选取5组实际强震记录和2组人工模拟加速度时程曲线。图2(a)给出了这7组地震记录对应的地震影响系数曲线与规范地震影响系数曲线的对比结果,从图中可以看出,所选地震记录的平均地震影响系数曲线在结构的主要自振周期段(0.5~2 s)与规范谱高度吻合,谱值相差均在20%以内,满足规范要求。图2(b)所示为7组普通强震记录的功率谱曲线,从图中可以看出这些地震记录的主要频谱成分集中分布在0~2 Hz之间,能够激起结构主要振型的反应。

表2给出了设防地震下隔震结构与非隔震结构的层间剪力比。从表中可以看出,X向和Y向的最大水平向减震系数分别为0.413和0.416,说明隔震后结构的水平地震作用大致比非隔震时的地震作用降低半度,隔震效果较为理想。

图1 基础隔震结构模型 Fig.1 Model of the base-isolated structrue

1 隔震支座性能参数 Table 1 Performance parameters of isolation bearing

型号设计承载力/kN屈服刚度/(kN·m-1)屈前屈后屈服力/kN等效水平刚度/(kN·mm-1)γ=100%γ=250%等效阻尼比ζeqγ=100%γ=250%LRB500235514190115965.51.7771.4060.230.12LRB600339117120148492.82.270⁃0.23⁃

图2 普通地震记录特性曲线 Fig.2 Characteristic curves of ordinary seismic ground motion records

图5(a)所示为远场长周期地震下楼层最大层间位移角分布,从图中可以看出,远场长周期地震下层间位移角沿楼层的分布很不均匀,特别是底部两层的层间位移角明显大于上部结构。图5(b)所示为远场普通和远场长周期地震下隔震结构的平均层间位移角对比,从图中可以看出,远场长周期地震下结构的层间位移响应明显大于远场普通地震,远场长周期地震动对隔震结构的破坏力更强,且二者作用下结构层间位移角的分布规律不同。

2 隔震结构与非隔震结构的层间剪力比 Table 2 Inter-storey shear force ratio between isolated structure and ordinary structure

剪力比楼层人工1人工2832⁃0001430⁃0421810⁃0906980⁃106980⁃80平均值X向50.3060.6780.4600.3930.3910.3460.3200.41340.3370.6210.4600.4020.3910.3130.2800.40130.3580.5550.4240.4040.3810.2560.2530.37620.3600.4770.4220.4260.3400.2120.2280.35210.3460.4270.3990.4250.3190.2060.2110.333隔震层0.3490.4570.4180.4650.3520.1930.2380.353Y向50.3060.6640.4410.3900.4170.3480.3450.41640.3500.6300.4390.4000.4150.3150.2990.40730.3690.5680.4080.3930.3780.2700.2670.37920.3470.4890.4040.4040.3400.2240.2370.34910.3230.4310.3840.4150.3140.2100.2160.328隔震层0.3310.4540.4250.4530.3660.1970.2440.353

图3 普通地震下隔震结构的层间位移角分布 Fig.3 Inter-story displacement angle of base-isolated structure under ordinary seismic ground motions

3 长周期抗震性能研究

SONG Tingsu,AN Xiaowen,A Lata,et al.Study on Seismic Isolation Coefficient of Seismic Isolation Structure Subjected to Velocity Pulse Ground Motion[J].Building Structure,2015,45(14):24-29.

3 远场长周期地震记录 Table 3 Far-field long-period seismic ground motion records

编号地震记录名称时间分量震级断层距/kmPGA/gPGV/PGA833Landers1992WBA0007.28144.900.047470.27834Landers1992ARC1727.28137.250.029950.33849Landers1992BAD0007.28128.060.057730.32856Landers1992EUC0227.28146.890.069000.21865Landers19921160007.28164.360.039870.35866Landers1992VER1807.28157.690.040630.32870Landers1992OBR0007.28151.700.425500.37871Landers1992GR20907.28161.560.034050.29878Landers1992DEL0007.28157.410.059600.34

图4(a)所示为表3所列远场长周期地震记录的功率谱曲线。从图中可以看出,这些地震记录的频谱成分主要集中分布在0~1 Hz,与普通地震记录明显不同。图4(b)所示为远场长周期地震记录的加速度反应谱与规范谱的对比。从图中可以看出,两者之间存在明显的区别,长周期地震记录谱峰值存在明显的“后移”现象,集中分布在0.5~2 s之间,可能会对隔震结构造成不利影响。

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图4 远场长周期地震记录频谱特性 Fig.4 Spectrum characteristics of far-field long-period seismic ground motions

更进一步,将上述地震记录加速度时程的峰值分别调幅至70 cm/s2和400 cm/s2,对隔震结构进行多遇和罕遇地震作用下的抗震变形验算,分析结果如图3所示。从图3(a)中可以看出,在多遇地震下,结构隔震后的最大层间位移角为0.001 5,小于小于规范规定的钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移角限值1/550(0.001 8),满足“小震不坏”的抗震设防目标。从图3(b)中可以看出,在罕遇地震作用下,结构隔震后的最大层间位移角为0.0073,远小于规范规定的钢筋混凝土框架结构的弹塑性层间位移角限值1/50(0.02),满足“大震不倒”的抗震设防目标,说明该结构设计合理。

教师应充分利用课余时间,与学生展开互动,掌握学生成长经历,从而科学的设置生活化教学计划.譬如:在学习“显性与隐性基因的遗传概率”时,教师可引导学生回答自己的双眼皮、单眼皮时遗传谁,并在黑板上做好记录,然后一起进行探讨,使学生意识到生物知识无处不在.譬如:在进行果醋与果酒的制作教学内容时,教师应和学生一起对课材内容进行学习,勾画教学重点;待学生掌握后,鼓励学生利用节假日,亲自进行实验操作,制作果酒或果醋,帮助学生进一步了解生物发酵的奥妙.学生通过实际的操作,不但能提升学生实践能力,还能有效的激发学生生物学习兴趣,利于学生生物核心素养的培养.

通过对钢筋和混凝土两种材料的损伤状态进行定义和标识,探讨长周期地震作用下基础隔震结构的损伤分布和发展规律。图6所示为远场长周期地震下隔震结构随时间推移的代表性损伤发展过程。从图中可以看出,结构构件损伤最先出现在1、2层梁上,由纵向钢筋受拉屈服导致;然后损伤向结构整体扩散,导致与受损梁相关联柱的混凝土发生受压微损;最后由受损柱截面混凝土被压碎而引发结构的倒塌破坏宣告结束。由此可见,即便是按照抗震规范进行设计的隔震结构,在与普通地震动等强度的远场长周期地震动作用下仍然存在发生超越预期的破坏甚至倒塌的风险。

从上表可以看出,五个流畅体验特征在不同的锻炼时间内都有差异,在1~2h中,五个流畅体验特征都比在其他时间中要高,说明在锻炼1~2h时是最容易获得流畅体验的。从各特征的标准差可以看出在“愉快的体验”和“时间的变换”这两个特征中偏差是最小的,说明这两个特征并不完全是取决于锻炼时间的多少,可能与个体自身、个体所进行的体育项目以及环境的影响有关。

[3] ARIGA T,KANNO Y,TAKWAKI I.Resonant Behaviour of Base-isolated High-rise Buildings under Long-period Ground Motions[J].Structural Design of Tall & Special Buildings,2010,15(3):325-338.

图5 远场长周期地震下隔震结构的层间位移角分布 Fig.5 Inter-story displacement angle of base-isolated structure under far-field long-period seismic ground motions

图6 隔震结构损伤发展过程 Fig.6 Damage development process of base-isolated structure

4 结论

针对隔震结构对地震动长周期特性较为敏感的特点,对基于抗震规范设计的基础隔震结构在长周期地震动作用下的抗震性能进行了研究,探讨了长周期地震动作用下隔震结构的损伤发展过程,得出主要结论如下:

如表1所示,观察组患者治疗后的血压、血糖水平均比对照组好,差异有统计学意义(P<0.05),说明联合氯沙坦、氨氯地平治疗高血压伴糖尿病患者有明显的降血压、降血糖效果。

(1) 长周期地震动作用下隔震结构的地震响应显著增大,发生非预期破坏的概率进一步提高;

(2) 长周期地震动作用下隔震结构的损伤分布并不均匀,从本文看底层柱的破坏是导致结构失效的主要原因;

(3) 长周期地震动反应谱的谱峰值存在明显“后移”现象,这是导致基于规范谱设计的隔震结构发生非预期破坏的主要原因。

从以上分析中我们可以看出,由于阳离子交替吸附作用,水中 Ca2+、Mg2+置换出岩土所吸附的 Na+,使得 Ca2+、Mg2+含量减少,Na+含量增加。这也是本区Cl-Na型水形成原因之一。

阿里终于见到他朝思夜想的母亲。他情不自禁地仰头发出呵呵的大笑,然后拔腿向母亲身边跑去。他扒开那些花,对着母亲叫道:“姆妈!呵呵。姆妈!呵呵。你回了。”

参考文献(References)

[1] KITAMURA H,TAKENAKA Y,TAMURA K.Seismic Performance of Seismic-isolated Building for Long-period Ground Motion and Limited Performance of Seismic Isolator[J].ASCE, 2008, 315:1-12.

[2] FUKUWA N,TOBITA J.Key Parameters Governing the Dynamic Response of Long-period Structures[J].Journal of Seismology,2008,12(2):295-306.

[7] 贺秋梅,李小军,杨宇.近断层速度脉冲型地震动作用基础隔震建筑位移反应分析[J].应用基础与工程科学学报,2014,22(1):1-13.

价值是人类行为的根本目的,文化的差别就是价值体系的差别。文化建设的重点在于构筑适应社会需要推动社会健康发展的公共价值观。任何道德都是某种价值观的表现,任何价值观都包含着一定的道德,所以,道德问题始终渗透在文化价值体系当中。在新时代践行社会主义核心价值观的过程中,要充分发挥道德文化价值的功能,推动先进文化建设的顺利开展。

[10] 刘阳,刘文光,何文福,等.长周期地震作用下考虑碰撞效应的偏心隔震结构损伤性能评价[J]. 振动工程学报,2015,28(6):910-917.

[5] PANT D R.Influence of Near-fault Ground Motions on the Response of Base-isolated Reinforced Concrete Buildings Considering Seismic Pounding[J].Advances in Structural Engineering,2013,16(12):1973-1988.

[6] SHI Y,KURATA M,NAKASHIMA M.Disorder and Damage of Base-isolated Medical Facilities When Subjected to Near-fault and Long-period Ground Motions[J].Earthquake Engineering & Structural Dynamics,2014,43(11):1683-1701.

由表4可以看出,当“三遥”终端数量超过7个时,总的经济投资收益将出现亏损;数量为7时,投资收益ΔC为正,同时可靠性可取得最大值。综合考虑,可以认为此方案为最优配置方案。但从仿真结果可以看出,基于最优的配电自动化实施方案,仍不能满足此区域供电可靠性的要求,也说明了单纯依赖配电自动化提高供电可靠性存在一定的局限性。因此,可通过加强网络结构,如采用双环网,提高服务措施,缩短故障修复时间等措施,以满足供电可靠性的要求。

5)使用的3D模型与实地地形极为相似,在地面植被覆盖程度较低的场合,用它提取的等高线,能够充分解决野外地形点采集不到位、密度不足导致的等高线错误和失真问题。

HE Qiumei,LI Xiaojun,YANG Yu.Displacement Response Analysis of Base-isolated Buildings Subjected to Near-fault Ground Motions with Velocity Pulse[J].Journal of Basic Science and Engineering,2014,22(1):1-13.

[8] 叶昆,陈耀晖,胡轩,等.近断层脉冲型地震动下基础隔震结构的碰撞响应[J].地震工程与工程振动,2014(增刊1):836-840.

YE Kun,CHEN Yaohui,HU Xuan,et al.Seismic Response of Base-isolated Structures under Near-fault Pulse-like Ground Motions Considering Potential Pounding[J].Earthquake Engineering and Engineering Dynamics,2014(Supp1):836-840.

[9] 宋廷苏,安晓文,阿拉塔,等.速度脉冲型地震动对隔震结构减震系数影响研究[J].建筑结构,2015,45(14):24-29.

隔震结构作为一类具有较长自振周期的柔性结构,对地震动的长周期特性较为敏感,因此非常有必要对其在长周期地震动作用下的抗震性能进行研究。文中在太平洋地震工程研究中心(PEER)地震动数据库的基础上,根据地震记录的功率谱特点,选取了9条远场长周期地震记录(表3)作为结构的地震输入,并统一调幅至400 cm/s2,沿X轴单向输入,运用SeimoStruct进行远场长周期地震动作用下隔震结构的抗震性能研究。

[4] MOUSSA L.Response Spectrum Analysis for Regular Base Isolated Buildings Subjected to Near Fault Ground Motions[J].Structural Engineering & Mechanics,2012,43(4):527-543.

LIU Yang,LIU Wenguang,HE Wenfu,et al.Damage Performance Evaluation of Eccentric Isolated Structure System Considering Impact under Long-period Ground Motions[J].Journal of Vibration Engineering,2015,28(6):910-917.

5) 用于紧急切断阀及现场操作开关的电缆应采取防火保护措施或采用防火电缆,保护控制信号的传输在发生火灾初期不会立即中断,确保发生火灾时能及时切断紧急切断阀。

[11] 杜东升,王曙光,刘伟庆,等.地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤影响研究[J].振动与冲击,2015,34(20):203-208.

DU Dongsheng,WANG Shuguang,LIU Weiqing,et al.Influences of Spectral Characteristics of Earthquake Ground Motion on Seismic Responses and Damages of Base Isolated Structures[J].Journal of Vibration and Shock,2015,34(20):203-208.

[12] 李雪红,王文科,叶鑫,等.近场长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应的影响研究[J]. 公路,2015(9):96-103.

LI Xuehong,WANG Wenke,YE Xin,et al.Research on the Effect of Pulse Properties on the Seismic Response of the Isolated Bridge under Near-fault Long-duration Ground Mation[J].Highway,2015(9):96-103.

[13] 孙颖,陈天海,卓卫东,等.长周期地震动作用下隔震连续梁桥地震反应特性研究[J].工程力学,2016,33(增刊1):244-250.

SUN Ying,CHEN Tianhai,ZHUO Weidong,et al.Study on Seismic Response Characteristics of Isolated Continuous Bridges Under Long-period Ground Motion[J].Engineering Mechanics,2016,33(Supp1):244-250.

[14] 赵益彬,吕西林.高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应分析[J].结构工程师, 2016,32(3):77-85.

ZHAO Yibin,LÜ Xilin.Structural Response of High-rise Base-isolated Buildings under the Action of Long-period Ground Motions[J].Structural Engineers,2016,32(3):77-85.

[15] 王亚楠,杜永峰,李慧.脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究[J].地震工程学报,2016,38(5):707-712.

WANG Yanan,DU Yongfeng,LI Hui.Parametric Study on Dynamic Response of Base-isolated Structure Subjected to Pulse-like Ground Motions[J].China Earthquake Engineering journal,2016,38(5):707-712.

[16] Alhan C,Öncü-Davas S.Performance Limits of Seismically Isolated Buildings under Near-field Earthquakes[J].Engineering Structures,2016,116:83-94.

王亚楠,杜永峰,胡高兴,刘星
《地震工程学报》 2018年第02期
《地震工程学报》2018年第02期文献

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