双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

基础隔震结构弹塑性位移反应谱及其应用研究

为了得到实用化的基础隔震结构弹塑性位移谱并将其应用于基础隔震结构的抗震设计中,基于不同的场地类别和地震类型,本文选取了1 217条加速度峰值大于10gal的强震记录并将其分为9组,利用数值方法对基础隔震结构的弹塑性位移反应谱进行了求解.通过研究位移反应谱的影响因素,建立了模型化弹塑性位移反应谱,并给出了实用的计算公式及地震动位移峰值.对两个自振周期不同的基础隔震结构进行弹塑性时程分析,分析结果表明,利用该公式可以很好地预测基础隔震结构的隔震层位移.     

远场地震动作用下泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱

为获得自复位结构泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱,将269条隶属于3类不同场地的远场地震动分别输入自编的位移谱计算程序中,分析计算结果以获得与标准化周期、延性系数、场地类别、耗能系数相关的单自由度泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱.研究结果表明,通过周期标准化,位移谱曲线更加平滑,离散性显著减小.当标准化周期在[0.10,0.75]内时,位移谱谱值与延性系数呈正相关关系,当标准化周期在[0.75,3.0]内时,两者呈负相关关系.延性系数大于4时,其对位移谱的影响可忽略.标准化位移谱中,Ⅱ、Ⅲ类场地地震动的位移谱值差异较小,而I、Ⅱ类场地地震动的位移谱值在周期较小时差异较大.位移谱谱值随耗能系数的增大而减小,综合考虑耗能能力与效率,耗能系数建议取值为0.5.     

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。     

长周期地震动弹塑性反应谱的参数影响

根据长周期地震动的频谱特性,从日本强震数据网K-NET和KiK-net中,合理挑选了47条长周期地震动记录,研究长周期地震动与普通地震动的弹性反应谱的区别.结果表明:长周期地震动加速度谱的卓越周期和长周期段的谱值都明显大于普通地震动的,且其弹性位移谱的谱值比普通地震动的大很多.在此基础上,对长周期地震动弹塑性反应谱(加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱)进行全面的参数影响研究,得到地震动特性(场地土质、震中距、地震动峰值加速度)和恢复力模型动力参数(屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数)等因素对长周期地震动弹塑性反应谱的影响规律,为长周期地震动弹塑性设计反应谱的最终建立提供有益参考.     

长周期地震动的非弹性反应谱

根据长周期地震动的特性,选取139条长周期地震动记录,以分析结构动力参数和长周期地震动特性对长周期地震动非弹性反应谱的影响规律。研究结果表明：与常规地震动相比,恢复力模型和屈服后刚度比(η)对地震动非弹性反应谱中长周期段的影响较大,且场地土对非弹性反应谱的放大效应更为显著;相反,阻尼比(ξ)和位移延性比(μ)对常规和长周期地震动非弹性反应谱的影响规律较为类似。提出在建立长周期地震动设计谱时,应选取合理的恢复力模型和η,参考已有ξ和μ对常规地震动反应谱的影响规律,并针对不同的场地类型建立相应的设计谱;可以先建立某标准设防烈度的长周期地震动的设计谱,其他设防烈度的设计谱可用PGA_设防与PGA_标准的比值调整得到。     

长周期随机地震作用下超大跨斜拉桥的行波效应分析

从各个国家和地区的地震记录库中寻找出一些具有良好记录质量和基本场地资料的强震记录,并从中挑选出较为典型的长周期地震波,对比分析了不同场地条件下长周期地震波和普通地震波的平均加速度反应谱及其规范形式的分段拟合曲线.选取软土场地拟合反应谱作为目标反应谱,用迭代方法求取与目标反应谱相对应的功率谱密度函数,分析了基于长周期地震动加速度功率谱密度的特点.在此基础上,以某超大跨斜拉桥结构为背景,利用ANSYS软件建立三维有限元分析模型,分别以文中拟合的长周期地震动功率谱密度和普通地震动功率谱密度作为输入,采用直接求取位移的改进虚拟激励法,对超大跨斜拉桥结构进行了不同视波速下的行波效应分析.结果表明:长周期地震动功率谱密度的卓越频率明显低于普通地震动功率谱密度的卓越频率.长周期地震动功率谱作用下的桥梁左桥塔顶、右桥塔顶和桥面板跨中节点的位移响应功率谱值均明显大于普通地震动功率谱作用下的结果,桥梁塔顶位移响应功率谱均呈双峰分布.在本文算例中,考虑行波效应使超大跨斜拉桥结构的位移响应和弯矩响应结果有所减小.     

双向地震下刚度偏心体系的弹塑性反应谱研究

针对实际地震动的多维性、偏心引起结构多分量反应的耦合作用以及结构非线性的空间耦合特性,建立了可考虑刚度偏心影响的单层体系弹塑性等延性拟强度折减系数谱。通过对硬、中、软三类场地60条地震动记录进行时程计算的结果,分析了不同场地类型、相对偏心距、扭转频率比等因素对拟强度折减系数谱的影响,为进一步建立可应用于工程实际的多维弹塑性设计谱奠定基础。     

框架-剪力墙结构三维弹塑性地震反应

为研究大震下结构三维弹塑性地震反应,基于纤维模型,对一个规则、对称的钢筋混凝土框架-剪力墙结构建立三维分析模型,分别在单、双向输入地震动情况下进行了弹塑性地震反应分析,对两种情况下结构顶层位移、加速度、扭转角,基底剪力及各层的最大层间位移角、层剪力、层扭转角等反应进行对比分析。结果表明：在单、双向输入地震动时结构水平方向反应变化不大;双向输入时的结构顶层扭转角时程反应和楼层最大扭转角反应都远大于单方向输入时的扭转反应。     

基于不同归一化参数的单自由度体系 残余位移比离散性研究

结构弹塑性特征的差异会引起残余位移较大的离散性,使得强震下结构残余位移难以准确预测.为准确评估和预测震后结构残余位移,实现精细化的抗震设计和评估,有必要研究结构残余位移的离散性.鉴于此,基于大量分类地震动记录,选用不同的归一化参数分别定义残余位移比,通过非线性时程分析建立单自由度体系残余位移比谱,研究弹塑性特征参数(延性系数和强度折减系数)以及场地条件对残余位移比离散性的影响,建立了残余位移比变异系数谱的拟合公式.结果表明:残余位移与弹塑性谱位移的相关性比与弹性谱位移更好;结构残余位移比离散性受场地类别的影响较小;残余位移比变异系数谱分别随延性系数和强度折减系数的增大而增大;选择弹塑性谱位移作为归一化参数可以减小结构残余位移比离散性.     

双向地震动下单层偏心体系基于IDA的地震易损性分析

考虑实际地震动的多维性以及偏心引起结构多分量反应的耦合作用,建立了屈服准则符合二维屈服函数三自由度的单层偏心体系模型。选取了24组双向地震动记录作为水平激励进行增量动力分析。以地震峰值加速度为地震强度参数,分别以x分量的延性系数μ和扭转分量的最大扭转角θ为抗震性能参数建立平动能力曲线和扭转能力曲线。分析了偏心率e/r、频率比Ω_θ和场地类别等对两种能力曲线的影响。结果表明:e/r和Ω_θ对单层偏心体系平动反应的影响可忽略不计,但对扭转反应的影响明显。失效指标相同的前提下,场地土越硬,相同地震强度下的单层偏心体系抗震失效的概率越低。     

基于模态能量分析的结构滞回能量估算方法

建立能量谱和结构能量反应的关系,是基于能量抗震设计需解决的关键问题之一。根据多层结构体系在地震动作用下的能量平衡方程,运用弹性体系的振型分解思路,将多层结构的能量反应平衡关系拆解为多模态的能量反应平衡关系,推导出多层结构与其模态等效单自由度体系的能量反应平衡关系。运用考虑塑性反应阶段振型的“等效振型”替代弹性振型。建立通过模态滞回能量反应估算多层结构总滞回能量的方法。针对硬、中、软三类场地设计3栋6层模型,选取各类场地下的地震记录作为结构模型的水平激励进行非线性动力时程分析。结果表明,在一些情况下,通过模态能量分析能较准确地估算地震作用下多层结构总滞回能量。     

双向地震作用下多层偏心结构的增量动力分析

以往的增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)研究主要是针对单向地震下的对称结构,而对于地震动的多维性、结构偏心引起的扭转效应的影响则考虑较少。为此,设计了一幢5层的偏心结构模型,选取Taft双向地震记录为双向激励对结构模型进行多维增量动力分析。分析了结构在地震下的扭转效应对边缘框架反应的放大作用,并基于IDA能力曲线对结构模型进行多性能水准抗震评估。通过算例分析得到以下结论:基于IDA的结构抗震评估方法,概念清晰,操作简单;偏心结构在双向地震下的扭转效应会导致部分边缘框架的反应放大,且地震强度越大这种放大效应越明显;当考虑双向地震作用时,直接采用建议的双向IDA方法进行结构性能分析更具合理性。     

框架—桩筏—土体共同作用的空间分析

将上部结构、基础与地基三者视为统一整体，上部结构考虑空间框架形式，筏板计算采用亨奇中厚板８节点等参数单元，桩土体系采用剪切位移法，考虑群桩效应的共同作用进行空间分析并编制了相应的程序．本文所采用的方法是一种空间分析方法，可推广到框一剪结构的空间分析．在求解时利用波前法使得效率极大提高．所编制程序具有一定通用性，适用于工程实践．     

桩筏基础共同作用下群桩的剪切位移法

将桩的上部结构、基础与地基三者视为统一整体,上部结构考虑空间框架形式,筏板计算采用享奇中厚板8节点等参数单元,桩土体系采用剪切位移法考虑群桩效应进行共同作用的空间,分析并编制了相应的程序.所编制程序具有一定通用性,适用于工程实践.     

重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性地震行为

采用简化的单墩模型,用Ｔａｋｅｄａ退化三线性模型研究了地震时重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性行为．定义了弯矩折减系数和墩顶位移放大系数,探讨了它们随墩高和地震烈度的变化规律．     

单自由度体系损伤谱及其应用研究

为合理地揭示结构在地震作用下的弹塑性行为,该文考虑结构最大弹塑性位移和累积滞回耗能的耦合影响,建立了单自由度(SDOF)体系损伤谱,提出了一种基于损伤谱的抗震性能评价方法.依据Park-Ang双参数地震损伤模型,通过大量的SDOF弹塑性时程分析计算,建立了基于强度折减系数的4类场地损伤谱.在统计平均和回归分析的基础上,得到了简化的损伤谱表达形式.算例验证了基于损伤谱的抗震性能评价方法的合理性.算例分析表明,按该文方法可以合理考虑累积滞回耗能对结构损伤的影响,其计算结果与时程分析结果具有较好的一致性,因而能够从统计意义上对结构的损伤程度进行评价.     

非线性地震荷载作用下桥梁碰撞的等效位移阻尼法

地震荷载下桥梁间的相互碰撞是一个复杂的非线性过程。通过对正弦荷载和10个地震荷载下的响应分析，提出了用一个简化的线性计算方法（等效位移阻尼法）来分析这一复杂的碰撞过程。等效位移阻尼法是从最大位移等效的角度，用一个具有等效位移阻尼比的线性无碰撞体系来简化非线性的桥梁碰撞系统的计算方法。其中的等效位移阻尼比是伸缩缝间距、结构动力特性和地震荷载特性的函数。等效位移阻尼比的设计公式是通过对1个简单的碰撞体系在10个地震荷载下的反应统计分析得出的。并且通过对实桥A-237R的有限元分析，验证了这一公式的准确性和实用性。