河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.     

地表硬盖层厚度对场地地震反应的影响分析

基于某核电站场地工程地质资料,构建了5个硬盖层厚度不同的工程地质剖面,并结合分层岩土体的动静力参数值建立了5个一维分析模型,应用一维土层地震反应等效线性化方法分析了硬盖层厚度对场地地表峰值加速度与反应谱的影响,分析结果表明:硬盖层导致场地地表峰值加速度小于地震动输入峰值加速度,具有显著的隔震效应;不同硬盖层厚度对地表峰值加速度及其与输入峰值加速度比具有显著影响,总体呈现随硬盖层厚度增加而减小的趋势;对于一定的硬盖层厚度,随输入峰值加速度增加峰值比变化不大,说明输入峰值加速度增加未引起各分析模型的非线性效应显著差异;对于同一输入峰值加速度水平下,硬盖层厚度越大,对地表加速度反应谱的影响频带越宽,6. 0s以上周期的各模型加速度反应谱差异不明显,且随周期逐渐变长,反应谱基本接近,而6. 0s以下周期范围内的反应谱值差异较明显.     

双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响

地铁隧道的存在破坏了原有场地的完整性,进而在地震来临时影响场地的地震反应。为探讨双线地铁隧道建成后对场地地表水平地震动的影响,针对北京某一典型双线地铁隧道工程场地,建立三维非线性场地模型。采用自由场边界和应力时程地震波输入方式,运用有限差分数值分析软件FLAC~(3D)进行模型计算,分析了双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响。结果表明:1双线地铁隧道的存在使隧道附近场地地表地震动峰值加速度呈现先增大后减小并趋于自由场的趋势;2双线地铁隧道的存在主要影响场地加速度反应谱的短周期部分;3入射地震动频谱对双线地铁隧道的场地地震反应有着显著的影响。文中得出的影响规律,为双线地铁隧道附近场地的设计地震动参数确定提供参考依据。     

昆明地区不同类型场地对近震大震地震反应特征对比研究

对昆明两个不同土层结构性质的场地模型输入同一个人工合成近震大震地震波的基岩地震动,得到了两个场地土层反应的地表地震动加速度时程及其反应谱,对比分析了它们的特征和差别,探讨了这两种不同性质土层在基底遭受近震大震时场地地震反应对地面运动特征的影响及其意义.     

不同输入界面土层地震反应的探讨

地震安评在Ⅱ级工作中对深厚土层地震输入界面的选取规定了三种不同的方式。选用美国Northridge、Loma prieta和我国台湾Chichi地震记录作为输入地震动,并将Northridge、Loma prieta和Chichi地震波加速度时程的峰值水平调整为0.20 m/s2,0.90 m/s2和2.20 m/s2,利用程序SHAKE91对构造的理想剖面根据不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平进行了场地地震反应分析。分析表明:对于给定的输入地震动条件,地表加速度的放大效应,在不同的输入界面,差别较大。     

地震作用下海底场地地震动效应研究

通过ABAQUS运用一维时域显式积分方法,采用6条地震波,对某海域两个油田场地进行地震反应分析,得到在不同强度地震动时海底场地的反应,并且对两个海底场地按照现行规范进行场地类别划分.结果表明,海底波的反应谱特征明显区别于陆地波;随着基岩输入地震动强度的增大,其反应谱峰值逐渐增大,且地震动强度主要影响反应谱的高频段,对低频段的影响有限;而海底场地对地表峰值加速度的放大作用逐渐减小,呈非线性变化.现有的针对陆上地震抗震设计参数的选取对海域场地适用性较差,有必要针对海底场地展开相应的研究.     

两种一维土层地震反应分析方法对比

依托涵盖4类场地的72个真实土层钻孔剖面数据,对一维土层地震反应分析计算方法SHAKE91和DEEPSOIL进行系统对比,分析两种方法计算出的峰值加速度(PGA)和加速度反应谱(PSA)的异同,探讨其适用性。结果表明:两种方法计算得到的峰值加速度差异不仅随着场地变深软而增大,而且随着地震动输入强度(PRA)增大而增大;对于加速度反应谱的谱形,两种方法得到的结果具有相似性,均反映了场地的地震反应特点,但SHAKE91对加速度反应谱卓越周期的变化影响较大,而DEEPSOIL对输入地震动的高频成分保留更多;在场地条件较硬(I类)、输入地震动强度较弱(0.1g)和输入地震动高频成分丰富(Nahanni波)时,SHAKE91和DEEPSOIL计算结果之间的差异可忽略不计。     

场地硬夹层对核电厂结构地震响应的影响分析

针对含有硬夹层的土层场地,考虑地基与结构之间动力相互作用的情况下,采用频域分析方法分析场地土层中的硬夹层对某核电厂结构地震响应的影响,计算了不同硬夹层场地情况下核电厂结构的地震动峰值加速度和加速度反应谱响应值,探讨了硬夹层场地上核电厂结构的地震响应特征.计算结果表明:核岛结构地震响应的峰值加速度和加速度反应谱受场地中硬夹层厚度影响而改变,其影响不可忽视.场地中存在硬夹层总体上会减小核岛结构的水平向响应而增大竖直向响应,对较高频段谱和峰值加速度值的影响更为显著,但硬夹层厚度很大时,其影响趋势出现相反的结果,会增大结构的水平向响应而减小其竖直向响应;场地中硬夹层对核岛结构响应的影响特征较为复杂,尤其会改变核电结构响应的频谱特性,其影响程度与覆盖土层厚度、硬夹层厚度以及输入地震动特性、核电厂结构特性等均有密切关系.核电厂选址在有硬夹层的场地时,应特别关注其对核电厂结构地震响应的不利影响,为实际核电工程选址及结构抗震能力评估提供合理的地震动输入.     

软弱夹层土对软土场地地震效应的影响

本文以来自天津某工程的一场地为原型,对软夹层的埋深和厚度对软土场地地震效应的影响进行了数值分析.为了分析软弱夹层的埋深和厚度对地表地震动参数的影响,分别对原剖面进行了以下处理：软弱夹层的埋深从2 m增加到62 m,构造了16个剖面;软弱夹层的厚度从2 m增加到10 m,构造了5个剖面.选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动,利用程序SHAKE91对不同的构造剖面、不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平,进行了场地地震反应分析,结果表明：对于给定的输入地震动和峰值加速度水平,随着软弱夹层埋深的增加,地表加速度峰值和放大系数λ都有减小的趋势,当埋深超过一定值后,地表加速度放大系数小于1.0;软弱夹层厚度对地表加速度峰值的影响与软弱夹层所处位置有关.     

不同场地类别条件下框架结构地震响应的方向差异性研究

结构地震响应与所在场地的土层条件密切相关，而水平双向地震动作用方向的差异也会导致结构不同方向震害的差异.基于设计反应谱，选取了20组实际记录的水平双向地震动，针对基岩（Ⅰ0）、Ⅱ类以及Ⅲ类场地，对五层钢筋混凝土框架结构在双向地震动作用以及场地土层非线性效应共同影响下的地震响应进行分析，研究场地效应对地表地震动方向性以及上部结构地震响应方向性的影响.研究表明：在结构抗震设计时，不仅要考虑场地效应引起的地表地震动放大，还需要考虑场地效应引起结构地震响应的最不利方向以及方向差异性相比于基岩地震动作用时的变化；仅考虑出露基岩地震动输入的结构地震响应分析往往不安全，且忽略了场地效应对结构地震响应最不利方向的影响.     

不同类型地震波作用下非线性场地的行波效应分析

目前有关场地的非线性行波效应分析,大多是基于场地土的等效线性化模型.本文通过对ANSYS软件的二次开发,采用双曲线模型模拟场地土的非线性,分别选取长周期基岩地震波和普通地震波作为输入,对某深覆盖土层场地进行了行波效应分析,探讨不同类型地震波作用下深覆盖土层场地的非线性行波效应问题.本文算例结果表明:在长周期基岩地震波作用下土层地表加速度放大系数值明显大于普通地震波作用下的结果;随着视波速的减小,土层对地震波的水平加速度放大效应也是减小的,但是对于竖向加速度放大系数而言,随着视波速的减小,其放大系数是增大的;一致输入相比于行波输入有放大土层特征周期响应而抑制非特征周期区段的响应的作用.     

不同厚度砂卵石土场地地震反应特征研究

为了研究土层厚度对砂卵石土场地地震反应的影响,结合振动台模型试验与一维等效线性化分析方法,对砂卵石土场地地震反应特征进行了研究,分析了不同土层厚度砂卵石土场地在不同地震激励下的地震反应规律.结果表明:随土层厚度的增大,砂卵石土场地地表加速度峰值放大系数呈现出先增大后减小再增大,最后趋于稳定的规律.地表水平位移峰值随土层厚度的增大不断增大.随土层厚度的增大,加速度反应谱上升段和平台段存在减震现象,平台段后半段、下降段幅值明显增大,直线段幅值在土层厚度增量较大时明显增大.研究成果可为砂卵石土场地地震安全性评价工作及相关工程抗震设计提供参考.     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。     

软夹层埋深对地表地震动参数的影响

本论文主要研究软夹层埋深对地表地震动参数的影响,对于指导建筑结构抗震设计具有重要意义。通过等效线性的方法进行场地地震反应分析,采用迁安波作为输入地震动,对Ⅱ类场地和Ⅲ类场地分别建立软夹层不同埋深的五种模型,计算场地含有不同埋深的软夹层的场地地震反应。对加速度峰值A_(max)、速度峰值V_(max)、反应谱峰值Sa_(max)、位移峰值D_(max)、特征周期Tg进行简要分析,进而得出软夹层的埋深对地表地震动参数的影响规律。     

确定土层自由场地震动的二维简化模型

为了研究均匀土层自由场地震动的二维简化模型,首先利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程,采用分离变量法来求解该方程,根据土层上下界面的边界条件确定土层竖向振动的特征频率和振型;根据波沿水平方向向无穷远处传播的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到土层自由场自由振动的相对位移的解析解。然后,采用振型叠加法求解强迫振动情况下的波动方程,得出二维情况下均匀土层在地震作用下沿水平方向相对位移的解析解。通过上述计算,得到了土层自由场地震动的二维简化模型。通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行了比较。比较结果表明,地下土层水平维度对于均匀土层自由场地震动反应的影响很小。     

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.     

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.     

地下水条件下平行双隧道对场地地震反应影响的分析

通过有限元方法建立含有地下水及平行双隧道结构的场地模型,在模型底部输入水平地震波,分析场地表面在均匀土和层状土两种场地条件下的加速度变化规律。研究结果表明:隧道间距大小对地面的地震反应不是单纯的放大或缩小作用,而是影响地表加速度峰值的出现位置;地下水与地下结构的存在使地表不同位置呈现不同的反映情况,且层状土场地的放大效应比均匀土要大;双隧道对地震波的反射叠加作用,场地表面产生竖向加速度,其中隧道内侧的竖向加速度要大于隧道外侧,隧道外侧的竖向加速度要大于隧道上方的竖向加速度。     

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.     

软土场地中地铁地下车站对邻近高层建筑地震加速度响应的影响

基于典型的南京软土场地条件,建立地铁地下车站—土体—高层建筑系统二维非线性有限元分析模型,研究了两层三跨岛式地铁地下车站结构对邻近高层建筑地震加速度反应的影响规律.结果表明:地铁地下车站使高层建筑与地表接触位置的地表加速度反应动力系数!谱谱值在周期0.5~3 s范围有所增大,建筑各层的峰值加速度反应基本上均有所增大,局部楼层的峰值加速度反应增大达43.7%.随高层建筑与地铁车站间距的增大,该影响逐渐减小.若高层建筑分别采用桩基础/筏板基础,间距与地铁地下车站宽度之比D/B≥1,而D/B≥0.75时该影响可以忽略.