地面运动强度度量参数的有效性研究

概率地震需求分析的目标是估计结构在不同地面运动强度水平下的响应,结构响应的不确定性对采用的地面运动强度度量参数有着很强的依赖.因而,需要比较所采用的地面运动强度度量参数的有效性.这里推荐了一个新的采用向量地面运动强度度量参数来估计结构需求的方法,并把这个地面运动强度度量参数应用于一些不同周期和不同强度折减系数的单自由度结构系统.统计结果表明,推荐的地面运动强度度量参数可以有效地减小估计单自由度结构系统最大变形延性需求时的离散性,而且减少了计算分析工作量.     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能试验及影响因素分析

通过9个型钢混凝土L形柱空间角节点模型试件的低周反复加载试验,以揭示该类节点的抗震性能指标.观察了其破坏过程及形态、得到荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及特征点参数等抗震性能指标,并对柱截面配钢形式、轴压比、加载角度以及连接梁的结构形式4个变化参数对抗震性能的影响规律进行了深入分析.结果表明:型钢混凝土L形柱空间角节点发生了伴随扭转的节点核心区破坏;滞回曲线饱满、位移延性系数较大、耗能能力强;强度、刚度衰减退化过程缓慢,表现出较好的抗震性能.     

基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析

应用能力谱方法和增量动力分析方法分别建立了用于评价地震作用下桥梁结构性能的桥梁结构易损性曲线。通过对用两种方法建立的易损性曲线的对比分析表明：对于保护层混凝土剥落破坏状态,两种方法分析的结果相差不大;对于纵筋屈曲和倒塌破坏状态,能力谱方法给出的桥梁结构在给定地面运动强度下的失效概率偏低。用能力谱方法建立结构的易损性曲线避免了对结构进行非线性动力时程分析,分析方便快速,但对于严重破坏状态分析精度较低;非线性动力分析方法需要对结构进行大量的动力时程分析,但结果更为精确可靠。     

扩孔微型桩抗震性能试验研究

对6根具有不同扩孔参数的微型桩进行室内足尺低周循环侧向加载试验,得到滞回曲线和骨架曲线,并计算耗能能力和延性系数,对其抗震性能进行评估.所得结论可为新型抗震型半整体式桥台桥梁的实际应用打下基础,对整体式桥台桥梁支承桩的扩孔技术也有一定借鉴意义.     

基于推覆分析的柱尺寸对隔震框架结构抗震性能影响

现有隔震结构的研究主要集中于隔震支座,较少考虑上部结构力学特性对整个隔震建筑抗震性能的影响。本文设计了符合规范要求的隔震RC框架结构并依次增大柱尺寸,研究柱尺寸对隔震结构抗震性能的影响。本文利用SAP2000对四个隔震模型分别使用倒三角加载模式和均匀分布加载模式进行Pushover分析,并使用能力谱法评估隔震结构抗震性能。研究结果表明在相同的顶点位移时,隔震结构承受的剪力更小,因而抗震性能比普通结构更优越;通过分析隔震结构塑性铰开展及层间位移变化情况,增大柱尺寸使隔震结构破坏减轻,改善了隔震结构尤其是结构首层的抗震性能;随着柱尺寸越来越大,层间位移减小幅度递减,即抗震性能改善效果减弱。因此,柱尺寸600mm基础上增加10%的方案对隔震结构抗震性能提升最为明显。     

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Info-Gap决策的结构抗震稳健性优化设计

针对结构抗震设计中存在严重不确定性问题,基于Info-Gap理论建立一种考虑地震设计谱参数不确定的结构抗震稳健性优化设计方法.该设计方法采用Info-Gap模型来描述地震设计谱中反映地面运动强度的水平地震影响系数最大值αmax和场地特征周期Tg的不确定,通过嵌套优化使结构设计满足结构的临界性能要求的同时实现最大化不确定的稳健性.通过对一个6层3跨的钢框架的抗震稳健性优化设计验证分析表明:这种基于满足性能的结构抗震设计需在满足结构性能需求和提高不确定稳健性之间进行权衡取舍;同时也证实该方法为在不易得到不确定性因素足够信息情况下的基于性能结构抗震可靠性设计提供了一条新思路.     

基于推覆分析的柱尺寸对隔震框架结构抗震性能的影响

现有隔震结构的研究主要集中于隔震支座,较少考虑上部结构力学特性对整个隔震建筑抗震性能的影响。设计了符合规范要求的隔震RC框架结构,并依次增大柱尺寸,据此研究柱尺寸对隔震结构抗震性能的影响。利用SAP2000对四个隔震模型分别使用倒三角加载模式和均匀分布加载模式进行推覆分析,并使用能力谱法评估隔震结构抗震性能。结果表明,本模型在相同顶点位移条件下,隔震结构承受的剪力更小,因而抗震性能比普通结构更佳。另外,通过分析隔震结构塑性铰及层间位移变化,发现增大柱尺寸可使隔震结构破坏减轻,从而改善隔震结构尤其是结构首层的抗震性能;但随着柱尺寸递增,层间位移减小幅度递减,即抗震性能改善效果减弱。最佳方案是,在柱尺寸600 mm基础上增加10%,对隔震结构抗震性能提升最为明显。     

型钢混凝土十字形异形柱抗震性能试验及有限元分析

为研究型钢混凝土十字形异形柱的抗震性能,完成4个不同轴压比、配钢率、加载方向试件的低周反复荷载试验。对不同设计参数试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形能力、耗能能力进行分析。根据试验结果,采用ABAQUS对试件进行有限元分析,分析得到的试件的破坏形态、骨架曲线及承载力与试验结果总体上吻合较好。试验及有限元分析结果表明:型钢混凝土十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力和耗能能力。与钢筋混凝土十字形异形柱相比,型钢混凝土十字形异形柱承载力高、抗震性能好,可适用于高层建筑以及抗震设防烈度较高地区的建筑中。     

桥梁抗震随机响应分析及输入功率谱研究

基于抗震设计规范地面加速度反应谱曲线,生成当量的地面加速度功率谱曲线.比较了用迭代修正方法和Kaul方法生成当量功率谱曲线的效果,并对Kaul方法中基于经验的概率参数进行了修正.针对我国规范所适用的所有地区进行了系统对比,并借助于虚拟激励法对多座实际桥梁按均匀地面运动和考虑行波效应分别进行了计算比较.大量数值计算和对比研究表明,Kaul方法在按所提建议修正参数之后,精度已经比较满意,同时保持了使用简便的优点,适用于实际桥梁的随机抗震分析.     

强震作用下斜拉桥纵桥向非线性地震反应分析

为研究斜拉桥在纵桥向强震作用下的抗震性能,对某具有一定代表性的中等跨度斜拉桥,通过线性能力需求比的确定,合理引入能考虑塑性发展的非线性弹塑性单元,研究纵桥向强震作用下桥梁各主要构件的塑性发展状况及其对全桥地震反应的影响.结果表明:在强地震动作用下,桥塔、墩等构件的塑性发展不但与地震波的特性还与地震波的强度相关;斜拉桥的桥塔存在先于辅助墩和边墩屈服的可能性;桥塔屈服将显著减小塔柱下部结构的地震需求.由此得到以下结论:在强震作用下,需考虑桥塔的非线性地震响应及其对桥梁整体抗震性能的影响;以目前的工程设计来看,在纵桥向强震作用下,桥塔、墩各截面仍有一定的塑性能力储备.     

地震频谱特性对独塔斜拉桥纵向地震响应影响

以一座实际的独塔斜拉桥为背景,分别以速度脉冲波和实际地震波作为地震动输入,研究了不同频谱特性地震输入下独塔斜拉桥地震响应特点.结果表明,近断层地震动的长周期速度脉冲对独塔斜拉桥的地震响应影响显著,特别是当地震动峰值速度(VP)与地面运动峰值加速度(aP)比值较大时,速度脉冲波的周期与主梁第一阶竖弯振动周期接近,塔柱、梁体、拉索和支座等受力明显增加,并可能出现支座脱空和拉索松弛等现象.进一步研究了支座脱空和拉索松弛现象,结果表明,支座脱空和拉索松弛对主梁位移、拉索索力和支座竖向反力等响应的影响较大,不考虑支座脱空和拉索松弛可能会低估梁体位移和拉索的地震响应.     

基于PSDM和IDA方法的桥梁地震易损性模型参数比较分析

以汶川地区一座典型三跨简支梁桥为例,基于OpenSees平台建立全桥三维非线性基准有限元模型.在考虑地震动及结构参数不确定性基础上,对抽样生成的桥梁样本进行了一系列非线性地震响应分析,分别采用PSDM和IDA方法分别建立桥梁构件及系统的地震易损性模型.介绍了易损性模型参数的物理意义,对不同方法计算得到的地震易损性分析结果展开模型参数比较研究,分析探讨了结果的差异原因及既有方法改进措施.     

近断层脉冲型地震动作用下黏滞阻尼器和双调谐质量阻尼器对曲线高墩刚构桥减震控制

为研究粘滞阻尼器(VD)和双调谐质量阻尼器(DTMD)对曲线高墩刚构桥的减震控制效果,基于OpenSees建立某曲线高墩刚构桥的非线性分析模型,选取三条近断层脉冲型地震动对其进行动力时程分析。分别探究了VD的阻尼系数和阻尼指数,以及DTMD的上下层结构的阻尼比、质量比、频率比等阻尼器参数对其在曲线高墩刚构桥中的减震效果影响规律。结果表明：在本文分析VD的阻尼系数、阻尼指数变化范围内,VD对曲线高墩刚构桥墩顶位移减震率在9.42%~15.28%范围内,近断层脉冲型地震动作用下粘滞阻尼器对曲线高墩刚构桥的减震效果不佳。设计较优的DTMD控制下曲线高墩刚构桥的结构内力减震效果在45%左右,结构位移加速度在55%~75%范围内,DTMD可用于曲线高墩刚构桥减震控制中。     

基于概率密度演化理论的地震概率安全评估

基于概率密度演化理论,通过引入随机地震动模型,可以获得某一场地在一定时期内遭遇不同地震动强度的超越概率,并且有望解决地震易损性分析中如何选择地震动的关键问题.在此基础上,通过调幅随机地震动模型的基底幅值参数,并与地震易损性研究中的增量调幅思想相结合,可以获得工程结构在遭遇不同超越概率的地震作用时,结构性能达到各极限状态的超越概率.这一将地震易损性曲线的地震动强度度量指标赋予概率意义的工作,可以避免以往采用不同地震动强度度量指标时,由于计算方法的不同,生成的地震易损性曲线具有较大不同的缺点.这一工作,进一步与基于性能的地震工程全概率决策框架相结合,可为工程结构的地震概率安全评估提供坚实的理论基础.     

多维地震动作用下隔震桥梁结构的地震响应分析

分析了多维地震动作用下隔震桥梁结构的水平向和竖向振动反应.首先建立了隔震桥梁结构的非线性运动方程,根据非线性随机振动理论对运动方程进行了等效线性化处理,并采用实模态法获得了等效线性方程的解析解,提出了结构响应的计算公式.最后给出了多维地震动作用下隔震桥梁结构的地震响应分析算例,计算结果显示了分析方法的有效性.     

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.     

地震动速度脉冲对大跨斜拉桥减震控制的影响

地震动的速度脉冲特性是加重工程结构在地震中的破坏程度的重要因素,速度脉冲已成为近断层地震动的重要工程特性之一.以一座大跨飘浮体系斜拉桥为例,选择了4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,利用三维有限元方法计算了地震动的速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制反应,分析了地震动速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制效果的影响特征.总体上看,斜拉桥在速度脉冲型地震动作用下的地震反应大部分要大于无速度脉冲型地震动的,近断层地震动的速度脉冲对斜拉桥无控制、半主动控制和被动控制地震反应均具有一定的不利影响,且地震动的速度脉冲对半主动控制和被动控制减震效果的影响趋势大体相同.     

预应力桥梁的竖向振动特性和地震反应分析

基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法.通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题.算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小.对于20 m和32 m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3％和6.3％,而第5阶竖向频率升高只有1％左右.②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30％和25％,预加力提高了桥梁的抗震能力.③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略.④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56％和26.15％,8度设防烈度时所占比例分别为38.93％和41.46％,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响.     

基于振动台试验的两跨连续斜交梁桥地震响应研究

以福建省公路桥梁为工程背景,设计制作一个系列共9个1/5缩尺两跨连续混凝土斜交梁桥试验模型.选取斜度、配箍率和轴压比等设计参数,利用正交试验分析方法,进行振动台试验.试验中对两跨连续斜交梁桥进行单向和双向地震动输入下结构的地震反应分析,研究斜交梁桥地震响应及震害特点.试验结果表明:不同场地类别的地震动及同一场地类别但不同的地震动作用下,结构的加速度响应、位移响应差别均较大;仅考虑单因素变化时,斜度越小、轴压比越小或长细比越大,结构的加速度和位移响应越大.从试验可知,在斜交桥设计中,合理选择几何参数和力学参数对桥梁动力性能有很大的影响.