近断层地震下层间隔震结构楼层反应谱

近断层地震动富含长周期、大峰值的速度脉冲的特性,而目前对近断层地震动作用下非结构构件动力响应的研究较少.本文对一个5层钢框架结构进行非隔震与层间隔震振动台试验和ABAQUS有限元模拟,研究表明:(1)结构设置隔震层,能明显降低屋面楼层加速度反应β_(ac)谱谱值,谱值随着隔震层的升高而增大;同时增大了屋面楼层位移反应β_d谱谱值,随着隔震层设置位置的升高,谱值大幅度减小.(2)与抗震和隔震结构的自振周期有相近脉冲周期的地震波能明显增大屋面楼层位移反应β_d谱和屋面楼层加速度反应β_(ac)谱谱值;非隔震与隔震结构屋面楼层加速度反应β_(ac)谱和楼层位移反应β_d谱主要峰值周期与主体结构基本自振周期接近.(3)近断层地震波与结构周期比值越近,断层距越小,有脉冲作用,屋面楼层加速度反应β_(ac)谱和楼层位移反应β_d谱谱值越大.     

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。     

近断层地震下梁式桥考虑SSI效应的能力谱法

合理地选取215条典型近断层地震动记录,并根据我国桥梁抗震设计规范的场地标准进行分类后,统计了适用于我国桥梁抗震设计的近断层地震弹塑性加速度和位移反应谱,并拟合了阻尼比对近断层地震弹塑性反应谱的影响关系式,进而得到近断层地震的弹塑性需求谱. 再将其与FEMA440的考虑土-结构相互作用（SSI效应）的方法、Chopra改进能力谱法相结合,完善了近断层地震下适用于我国梁式桥且能考虑 SSI效应的能力谱法 . 最后,将本文方法应用于某梁式桥的抗震性能评估中,结果表明：对于近断层地震下考虑SSI效应的我国梁式桥,FEMA440的计算结果偏于保守,而本文方法的计算结果则较为合理,可以应用于我国梁式桥的抗震性能评估中.     

双规准反应谱与统一设计谱理论

双规准反应谱的概念和统一设计谱的理论是基于当前各类结构抗震规范设计谱普遍存在的不确定性和现有大量强震记录由于信息不完备而得不到有效利用的现实提出的．首先给出了地震动双规准加速度反应谱的概念,分析了双规准加速度谱在表征地震动频谱特性方面与传统反应谱相比较所具有的新特点,探讨了双规准加速度谱用于建立抗震设计谱的构想和方法;其次,叙述了双规准拟速度反应谱的概念,通过对典型近断层地震动双规准拟速度谱的分析,将双规准拟速度谱应用于近断层设计谱的确定中;最后,针对双规准反应谱在表征地震动一致特性方面的突出优势,提出了基于双规准反应谱发展统一设计谱理论,并建立新一代抗震设计谱理论体系的设想．     

近断层地震动作用下进水塔的地震反应分析

为了研究近断层脉冲型地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的速度脉冲对进水塔结构的地震反应。在文摘中选取台湾集集地震、美国加州北岭地震两次倾滑断裂地震中含强脉冲的30条原始地震波为输入波,对实际工程结构中的进水塔及启闭机室结构基于受力特点建立了简化计算模型。基于Matlab编制了进水塔地震动反应分析程序,通过输入30条典型近断层地震动,得到了进水塔及启闭机室地震响应。结果表明:在近断层地震动作用下,启闭机室加速度响应均发生了突变,进水塔加速度响应平均值均放大。近断层脉冲型地震动对启闭机室鞭梢效应放大作用大于无速度脉冲地震动的影响,其中含向前方向性脉冲效应的近断层地震动对启闭机室加速度放大最为明显,塔顶及启闭机室的分段截面转角最为明显。说明三组近断层地震动中,脉冲型地震动对刚度突变的启闭机室部分影响大于无速度脉冲的近断层地震动,含向前方向性脉冲效应的近断层地震动对进水塔变形影响最大。     

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.     

基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正

给出了进行水工建筑物抗震设计时,根据水工标准反应谱合成人工地震波及修正方法,为了消除人工波中残余长周期分量的影响,通过利用最小二乘法拟合原始加速度均值,利用加速度均值对人工地震动加速度进行校正,纠正了位移时程的漂移.     

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.     

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.     

基于实际记录检验的近断层区结构抗震设计谱研究

由于长周期大幅值脉冲型运动效应、方向性效应等显著特征,近断层地震动和远场地震存在明显差别,近场区的设计地震动需专门研究.文中建立了包含世界范围内23次主要地震事件中338条水平向记录的近场地震动数据库,对中、美相关的代表性抗震规范的设计反应谱进行了场地分组下的实际地震动检验,表明现行各规范与近场需求存在较大差别,难以直接适用于近断层区的结构抗震设计.通过引入考虑近场地震动效应的近断层系数、衰减指数,分别对设计谱平台高度和中、长周期段衰减速率进行修正,并通过对特征周期的取值进行调整,给出了适用于近断层地区结构水平向抗震设计谱的建议.对比检验表明,所建议的设计谱和实际近断层记录分组均值谱吻合较好,并与代表性的跨越断层区典型高速公路桥梁桥址抗震设计谱相一致,可适用于近断层区域工程结构的抗震设计.     

近断层地区抗震设计谱研究

预测近断层地区的抗震设计谱可以为该地区工程结构的抗震设计提供依据.通过对28条具有明显方向性效应特征的近断层地震动峰值速度、速度脉冲周期的统计分析,给出了估计近断层方向性效应脉冲地震动峰值速度和脉冲周期的经验关系式.对2种场地上脉冲地震动ATv/V的研究表明,岩石场地上的ATv/V值明显大于土层场地的ATv/V.基于近断层地震动的这一特征,建议了岩石和土层场地的等效脉冲地震动模型.基于脉冲地震动参数的经验关系式和简单的脉冲地震动模型给出了近断层地区岩石和土层场地上考虑方向性效应影响的设计谱.与规范设计谱的比较结果表明,我国设计谱的取值偏低,尚需考虑近断层脉冲型地震动的影响.     

采用时频滤波技术的近断层脉冲地震人工模拟

利用现代时频分析工具S变换的时频滤波特点,把反映场地局部特征的实际远场地震波或人工合成的远场地震波在等效速度脉冲的发生时间段实行时频滤波,再与等效速度脉冲叠加,生成既能反映场地局部特征又能反映近断层脉冲地震特点的人工近断层脉冲地震时程.通过数值算例,得到的人工近断层地震波与原始波有相似的时频特征,而功率谱密度函数在高频段与建筑抗震规范相容的目标功率谱一致,该波的峰值加速度还与抗震规范中相应烈度的峰值一致,可供近断层地区结构抗震分析使用.     

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.     

基于分量分离方法的地震动反应谱

地震动反应谱统计分析中存在的离散性一直是影响设计谱精确估计的重要因素.地震动加速度反应谱离散性偏大的区段主要集中于长周期部分.为了进一步研究地震动反应谱及其长周期段的特征,建立了一个综合强地震动数据库,考虑地震动反应谱的特征将强震记录分为普通型和低频型2类,采用数字滤波方法将低频型地震动中的长周期分量分离,引入了一种2阶段平稳简谐地震动模型用于等效所分离的低频分量.结果表明:滤波后的低频型地震动与普通型地震动反应谱仍有明显差别;低频型地震动与分离后得到的低频分量以及高、中频分量参数间存在一定的相关性;指出普通型地震动与低频型地震动的设计谱须分别单独标定,其中普通型地震动设计谱采用平均谱标定,低频型地震动设计谱可以在普通型地震动设计谱标定方法的基础上对长周期段进行修正得到.该研究为地震动反应谱特征及规律的认识提供了新的方法,为设计谱的精确标定提供了参考和依据.     

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.     

近场地震动加速度脉冲的小波变换识别

近场加速度脉冲很早就被人们观察到,由于其对结构的不利影响,多年来一直为不少研究者所关注.以往的研究者多从速度脉冲的研究入手,近来有学者直接分析加速度脉冲,比如利用EMD分解来得到高频和低频的加速度脉冲.利用小波变换来分解加速度时程,得到其高频和低频分量,并从中识别加速度脉冲.通过从反应谱和结构非线性响应两个方面的对比,证明了小波分解的可靠性,从而保证了识别的加速度脉冲的准确性.