近断层地震动竖向分量峰值特性研究

对收集到的近断层（断层距不大于15km）地震动竖向分量进行分类后建立样本库,采用最小二乘回归方法,建立统计分析模型,对竖向地震动的峰值加速度、峰值速度及峰值位移进行回归分析;建立峰值参数与震级和断层距的衰减关系式及其相关系数,与其他研究者及近断层地震实际记录的峰值参数进行对比。结果表明,推荐的峰值衰减关系式与实际结果吻合较好,近断层竖向地震动高频波显著,随断层距衰减较快,为下一步近断层竖向地震动的研究奠定了基础。     

近断层强地震地面运动特征参数分析

针对以往用于描述一般地震动的强度表征参数是否也适用于近断层强地震动的问题,筛选出汶川地震中断层距100 km内的102条强震记录,通过时程曲线和反应谱分析,研究各类地震动强度指标及其谱参数特性随断层距的变化规律。结果表明:水平向及竖向的峰值速度与峰值加速度比不适合作为近断层地震动的强度表征参数,且竖向与水平向峰值加速度比为1/2~2/3的公认取值标准不适用于近断层地震动的情况。反应谱分析中,竖向加速度反应谱较水平向反应谱包含更多的高频成分,且谱形窄,特征周期明显较小。随着断层距的增加,竖向加速度平均反应谱衰减速度更快。针对近断层地震动,规范设计谱的平台值(βmax)应适当增大,以提高安全储备。     

近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱抗剪性能的影响

以单个RC柱为分析对象,采用台湾集集地震中3组断层距18条速度脉冲型地震动记录,通过非线性动力时程分析,研究断层距、竖向与水平加速度谱值比、柱初始轴压比、竖向和水平振动周期以及剪跨比对RC柱抗剪性能的影响规律。结果表明:近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱的抗剪性能有很大影响;抗剪性能系数随反应谱比值增大而减小,中等初始轴压比与断层距、以及剪跨比与近断层距(0～10km)对柱抗剪性能有交互作用。最后,对结果进行非线性回归分析,建立了考虑近断层竖向速度脉冲地震效应及其影响因素交互作用的抗剪性能系数表达式。     

基岩场地强地面运动加速度反应谱统计特征

根据强地面运动加速度数据，采用经验地震动衰减关系公式，利用回归统计分析的方法，研究竖向和水平向加速度反应谱的关系，统计分析结果表明竖向地震动与水平向地震动的关系比较复杂，不同周期竖向与水平向加速度反应谱的比值受震级和震中距的影响不同，用水平向加速度反应谱按简单的系数折算成竖向加速度反应谱的做法应慎重。     

汶川中强余震地震动峰值衰减关系

汶川地震强余震流动观测中获取了丰富的强震动加速度记录,这些数据在震中距和震级上分布较为均匀,为建立地震动衰减关系提供了良好的数据基础.这也改变了中国大陆缺乏强震动观测数据,尤其是近场强震观测数据,在建立地震动衰减关系时,不得不依赖于其它国家和地区观测数据的状况.鉴于汶川地震最大余震震级为Ms6.4,与Ms8.0的主震之间存在较大的震级缺档,本文仅就Ms4.5—6.4震级范围内、震中距小于110km区域范围内的强余震流动观测数据进行了统计回归分析,建立了地震动速度峰值(PGV)、加速度峰值(PGA)以及0.04—6s周期内阻尼比5%的绝对加速度反应谱(PSA)等地震动参数的衰减关系.回归结果的误差分析表明,PGV衰减关系的均方差明显较PGA和PSA的小,说明PGV较加速度的离散小.衰减关系的残差随震中距的增大而减小,表明近场地震动强度随机性更强.经比较,本文衰减关系与现有的四川地区其它衰减关系有较明显的差异,由于其他衰减关系是基于映射法的结果,因此,本文的结果更为可信.     

近断层地震的加速度峰值比和反应谱分析

以近年来发生的主要地震中获得的大量地震记录为基础,并按照断层距和场地进行了分类.对竖向加速度与水平向加速度记录的峰值比的统计分析表明,近断层(断层距为0～15 km)和中等断层距(断层距为15～30 km)实际地震记录的加速度峰值比的统计结果大于我国现行抗震规范的取值,远断层(断层距为30～60 km)记录的加速度峰值比的统计结果接近于我国现行抗震规范的规定;对水平加速度记录的反应谱统计分析表明,硬场与中等场记录计算的动力放大系数均值谱在大于0.2 s的周期范围内高于我国现行抗震设计规范的谱值,而与UBC97的设计谱值相当,我国现行规范的设计谱应用于近断层地区的硬场和中等场可能偏于不安全;软场记录计算的动力放大系数均值谱与我国现行设计规范的谱值相当,而远小于UBC97的设计谱值,UBC97规范的软场设计谱可能偏于保守.     

近断层地震动作用下长周期结构的地震动强度指标

选取国内外13次地震的26个近断层地震动记录,研究适用于长周期结构的地震动强度指标.采用时程分析法计算了自振周期3.0～8.0 s的单自由度结构的加速度、速度和位移响应,研究了峰值加速度、均方根加速度、峰值速度、均方根速度、峰值速度与峰值加速度比、峰值位移和均方根位移与这些响应最大值的相关性.在此基础上以宿迁某高层隔震建筑为对象,进一步考察实际长周期结构的最大地震响应与地震动强度指标的相关性.研究结果表明:不同地震动强度指标与长周期结构最大响应的相关性差别很大,加速度型地震动强度指标的相关性最差,速度型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈差,位移型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈好.相比峰值加速度和峰值速度强度指标,近断层地震动作用下长周期结构时程分析时,选择位移型地震动强度指标用于选择和调整地震动输入更为合理.     

土-桩-结构非线性相互作用体系行波效应

采用并行计算方法,分别选取长周期地震波和普通地震波作为输入,以某典型桥梁工程为背景建立土桩桥梁结构非线性相互作用分析模型,对在不同类型地震波作用下的土桩结构非线性相互作用体系进行了行波效应分析,探讨了桩土接触效应和并行计算加速比等问题.分析结果表明:接触面效应对群桩水平向地震反应的影响较小,在竖直向则会产生明显的不协调现象.考虑接触面效应时,行波输入下的结构水平向加速度反应略小于一致输入,竖向加速度反应则远大于一致输入,水平向和竖向的位移反应也较大.长周期地震动行波输入下的水平向加速度和位移反应结果均大于普通地震波.对于此类大计算量三维有限元分析,采用并行计算方法可以有效提高计算效率.     

水平弹性双参数位移谱模型

为了得到可供基于位移抗震设计使用的水平弹性位移谱,首先采用CampbellBozorgnia地面运动预测方程,研究了矩震级、断层距和场地类别对水平弹性位移谱的影响;然后指出了我国《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中设计反应谱存在的问题;最后针对设计反应谱的不足,提出了包含场地地震动峰值加速度和速度的水平弹性双参数位移谱模型.研究表明:位移谱平台段起始周期是确定位移谱谱形的重要参数,其主要受矩震级的影响,随矩震级的增加而显著增加;场地地震动峰值速度与峰值加速度之比与矩震级存在正的强相关性,矩震级的影响可以通过在位移谱模型中包含该比值来体现;本文提出的双参数位移谱能较好地拟合实际强震记录位移谱;提供每一设防水准的地震动峰值加速度和速度区划图,并在抗震规范中给出每一设防水准的各类场地地震动峰值加速度和峰值速度的场地放大系数,可在规范中实现本文提出的双参数位移谱模型.本文的研究结果可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.     

2021年5月21日云南漾濞6.4级地震强地面运动特性分析

2021年5月21日,中国云南省大理白族自治州漾濞彝族自治县苍山西镇发生6.4级强地震及多次余震。本文对此次地震中获得的20组共60条强震动记录进行了基线校正和滤波等处理,按照震中距由近及远,重点研究了地震动幅值衰减规律、持时特性和加速度反应谱特征。结果表明：此次地震记录多为中远场记录,近场记录较少,漾濞台站获得的峰值地面加速度(PGA)为720.3 cm/s²,地震动幅值随着震中距的增大而逐渐衰减。在近场范围内,台站记录体现出高幅值PGA、低幅值峰值地面速度(PGV)的特点,PGA和PGV观测值与预测值的衰减规律一致;对于中远场而言,Huo与Yu模型相比,其预测值更接近观测值,但两个模型都低估了实际地震动的最大峰值。持时随着震中距的增大而延长,符合线性规律;竖向与水平向持时的比随着震中距的增大呈现出先增大后减小的规律,符合高斯分布规律。加速度反应谱峰值随着震中距的增大而逐渐衰减,在周期大于1 s的中长周期段水平向反应谱峰值较竖向反应谱峰值衰减较快,而卓越周期逐渐向长周期偏移;反应谱峰值均位于短周期部分,不会对长周期建筑造成严重破坏;尽管漾濞地区抗震设防水准较高,...     

云贵彝良-威宁中强地震地震动特性

2012年9月7日,我国西南云贵交界彝良-威宁地区连续发生两次中强地震,为地震动特性的比较研究提供了强震动记录．考虑距离、方向的影响,从地震动衰减关系和反应谱两个方面考查了两次地震强震动的工程特征．结果显示,竖向地震动峰值在近场和中场区域明显高于水平向地震动,竖向地震动峰值随距离衰减更快;55．6级地震动峰值在近场和中场明显大于必;5．7级地震动,但地震动峰值衰减速度也较快;与其他研究结果比较表明,这两次地震的峰值总体上偏低．尽管两次地震绝大多数台站的场地为土层场地,但其平均规准谱在中长周期段的谱值明显低于规范设计谱．     

近断层地震动峰值加速度特性研究

在收集了世界范围内自由场地的近断层地震记录基础上,综合考虑台站场地和震级的差别,应用统计分析方法对近断层地震动的峰值加速度的衰减关系进行了研究,并与实际记录进行了比较,发现场地和震级的共同作用对近断层地震动的影响是显著的,为进一步的研究提供了参考.     

覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响研究

选取汶川8.0级地震中陕西省6个台站的东西向地震动加速度记录,通过HHT计算了各条地震动和其IMF分量的Hilbert能量和输入能量,对比分析了覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响。结果表明：随着覆盖层厚度的增加,地震动的HE峰值、输入能量和Hilbert能量平均周期T_mE逐渐增加,当覆盖层厚度大于400m时,地震动能量主要分布在低频区域,具有显著的长周期特性;当覆盖层厚度为0或很小时,地震动能量主要集中在前2-3阶IMF分量中,多个IMF分量的HE峰值较大,卓越IMF分量对结构的影响较小;随着覆盖层厚度的增加,地震动能量主要集中在高阶IMF分量中,仅1-2个IMF分量的HE峰值较大,其余分量均很小,卓越IMF分量的平均周期T_mE和原始地震动十分接近,对结构的破坏起主导作用,应重点研究。     

近断层斜拉桥弹塑性索与阻尼器组合横向减震

研究了近断层地震条件下,使用弹塑性减震索和黏滞阻尼器组合体系进行横向减震的斜拉桥的地震响应和减震规律.采用等效脉冲模型对实际近断层地震进行最小二乘拟合.人工合成Ⅱ类场地下的模拟近断层地震波3组,以永宁黄河大桥为工程背景,对人工近断层地震输入进行非线性时程分析,得到在不同脉冲周期的近断层地震作用下,减震措施设计参数对于塔梁相对位移等响应的影响.结果表明,拟合近断层地震下结构响应与实际地震相差较小,可以满足工程计算需求;近断层地震易造成大位移响应,弹塑性索参数设计时应使结构周期避开脉冲周期;容许减震索进入塑性与保持弹性相比,塔梁相对位移并不会明显增加,甚至在一些情况下会减小.     

近断层地震动速度脉冲之桥梁地震反应敏感参数分析

研究并确定近断层地震作用下桥梁地震反应的速度脉冲敏感参数是结构抗震设计的关键。基于距离发震断层15km范围内的164条脉冲型近断层地震记录,采用数理统计分析方法,给出了建议的脉冲模型及其参数估计式。通过与实际记录时程和SDOF结构地震反应进行比较,说明了建议脉冲模型的合理性。通过建立空间桥梁结构模型,采用非线性有限元方法,计算分析了脉冲参数对桥梁结构地震反应的影响,确定了影响地震反应的脉冲敏感参数。     

基于近断层地震的桥梁结构抗震设计研究进展

从近断层地震动特征、近断层区桥梁结构动力响应特点、影响参数、抗震设计理论及规范等几个方面,分析了当前近断层地震作用下桥梁结构抗震设计的研究现状和最新进展,总结了研究中已取得的成果和结论,指出了研究工作中的不足,并对今后的研究工作进行了展望.     

拟合多维能量反应谱及峰值速度的地震动调整方法

基于小波变换原理提出了一种以设计用多维能量反应谱及峰值速度为目标的实测地震动调整方法.该方法首先依据多维能量反应谱与伪加速度谱之间的近似转换关系,在时域内叠加小波函数实现对实测地震动记录的初步调整,保留原始地震动的强度、频率非平稳特性;再应用二阶基数B-样条小波函数模拟上述调整后的多维地震动场,通过循环调整拟合精度较低频段的小波系数和对峰值速度贡献最大的小波分量,实现对设计用能量反应谱及各向峰值速度的同时拟合.算例分析结果表明,该方法具有较高的拟合精度,对初始地震动的能量分布改变较小,为建筑结构基于能量平衡设计时的多维动力反应分析提供了一种新的地震波合成方法.     

近断层地震时-频谱特性小波变换分析

借助小波变换,研究汶川地震(Wen Chuan earthquake,2008)什邡八角台站加速度记录的局部谱密度分布特点.通过对小波分量的重构来解析加速度脉冲,发现地震能量富集于中、高频段内,在时域上存在显著的能量双峰,地震波长周期成分并不明显.对美国洛杉矶北岭地震(Northridge earthquake,1994)Sylmar-OliveView台站加速度记录进行研究,通过循环移位操作来分离低频加速度脉冲,发现低频加速度脉冲对长周期结构的破坏作用更显著.因此,借助小波方法研究近断层地震独具优势,可为相关领域的抗震研究提供新思路.