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.     

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.     

近断层地震作用下大跨度拱桥响应研究

目的对比研究近场地震作用下大跨度拱桥采用7组时程波的计算结果平均值与采用3组时程波的计算结果最大值的差异,为近断层地区大跨度拱桥的抗震设计提供参考.方法针对某大跨度拱桥建立有限元分析模型,在PEER数据库选取近场地震作用并施加于拱桥,得到时程响应的峰值.针对现行规范7组波作用时响应峰值的平均值与采用3组波组合时计算结果的最大值以及7组近场和远场地震作用的响应峰值的平均值进行对比研究.结果采用3组近场地震波组合计算所得的拱顶竖向位移、拱顶轴力、拱脚弯矩和跨中吊杆内力响应最小值分别是7组近场地震波计算结果平均值的0.42倍、0.48倍、0.79倍、0.75倍;采用3组近场地震波组合计算所得的四项响应最大值分别是7组近场地震波计算结果平均值的2.7倍、2.8倍、1.9倍、1.5倍.7组近场地震波作用所得的四项响应峰值的平均值分别是远场地震作用相应值的0.82倍、0.85倍、0.61倍和0.61倍.结论对于Ⅲ类场地的大跨度拱桥,按照规范规定采用3组近场地震波进行响应计算时,3组地震响应结果的最大值与按7组地震波计算结果的平均值之间存在很大差异、离散性很大;采用7组地震波进行时程响应计算时,近场地震响应峰值的平均值小于远场的平均值.     

近场脉冲型地震对结构非弹性位移比谱的影响

将选择的746条各国强震记录按照我国建筑抗震设计规范中的规定进行场地分类.按照最新的识别近场强速度脉冲地震记录的定量方法,将选择的地震记录划分为中远地震、近震及近场强脉冲地震记录.利用这些强震记录,统计得到了近场强脉冲地震对应Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ四类场地的等延性位移比谱、等强度位移比谱的计算公式,并由此研究了场地条件及各种地震动参数对等延性位移比谱、等强度位移比谱的影响.结果表明:近场地震动的脉冲作用在中短周期段[0.3s,5s]对等延性位移比谱的影响较大,近场地震动的脉冲作用在中短周期段[0.5s,3s]对等强度位移比谱的影响较大且部分可达80%以上,场地条件对影响周期段的范围有重要影响;峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)是影响近场地震动位移比谱最大的参数.     

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。     

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.     

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.     

高混凝土重力坝整体抗震性能研究

建立了考虑实际地形、地质条件影响的整体重力坝有限元模型,分别以规范反应谱、场地反应谱为目标谱合成了设计地震、校核地震下共4条人工地震波,然后对该整体重力坝模型在4种工况下进行了时程动力分析,并对坝体关键部位的主应力按极限状态公式进行了强度验算,结果表明:在该设计、校核地震作用下,高混凝土重力坝整体抗震性能比单个坝段要强,坝踵垫层混凝土和上、下游折坡处材料抗拉强度均满足要求;坝趾的抗压强度也满足要求,并且具有较大的安全裕度;场地谱人工波的计算结果与规范谱人工波的结果很接近.     

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.     

非一致激励下钢管混凝土拱桥平稳随机地震响应分析

对一座三跨钢管混凝土拱桥在多维非一致随机地震激励下的响应进行研究.利用功率谱和规范反应谱之间的转换关系,使用最小二乘法来拟合地震动模型参数,用于对结构进行多维非一致随机激励的输入.在综合考虑部分相干效应、行波效应以及局部场地效应的基础上,使用虚拟激励法,数值仿真该桥在地面运动的空间特性下的地震响应.分析结果表明,部分相干效应与行波效应复合的情况下,地震动空间特性主要体现在行波效应上;视波速引起的功率谱函数相位和峰值的变化直接影响结构地震响应;局部场地效应下,拱肋竖向弯矩随场地的柔软程度增大,剪力则相反.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

脉冲型地震动模拟与隔震桥墩性能的能量分析

用改进的三角函数方法来模拟近断层地震地面激励,对非线性隔震桥梁单墩模型进行了地震响应和能量分析.通过对波形、脉冲周期和峰值速度等地震动参数的调整来表征不同的脉冲效应,在前向、前后向和多环3种不同的脉冲渡作用下,隔震桥墩反应规律类似,以第3种冲击形式结构的响应值最大、输入结构的地震动能量最多.脉冲周期是决定地震动破坏能力的重要参数,通过定义累积滞回耗能比和瞬时耗散能量比,表明隔震支座有效耗能能力在短周期脉冲作用下较小,在长周期部分趋于稳定,而在中短周期部分单纯依靠隔震支座耗能不足以有效降低地震危害.通过引入瞬时输入能量概念,表明瞬时地震输入能量和结构地震响应密切相关,用瞬时输入能量来表征地震动强度是合适的指标.     

近场地震动输入问题的研究

用时程分析方法来分析桥梁结构地震响应时,地震波的选择合适与否决定了分析结果的稳定性及可信性。本文提出双参数控制法作为考虑近场地震输入时地震波的选择方法,并与传统的地震波选择方法相比较。利用有限元方法对实际桥墩进行了检算,通过分析得出：采用双参数控制法选波的计算结果离散性比较小且能够反应近场地震的特性;验证了较大PGV／PGA比值的近场地震波会引起结构较大的地震响应的观点;并认为速度脉冲周期下宜作为考虑近场地震输入时选波的指标。     

Evaluation of earthquake-induced structural damages by wavelet transform

The dynamic behavior of inelastic structures during an earthquake is a complicated non-stationary process that is affected by the random characteristics of seismic ground motions. The conventional Fourier analysis describes the feature of a dynamic process by decomposing the signal into infinitely long sine and cosine series, which loses all time-located information. However, both time and frequency localizations are necessary for the analysis of an evolutionary spectrum of non-stationary processes. In this paper, an analytical approach for seismic ground motions is developed by applying the wavelet transform, which focuses on the energy input to the structure. The procedure of identification of the instantaneous modal parameters based on the continuous wavelet transform (CWT) is given in detail. And then, a novel method using the auto-regressive moving average (ARMA), called "prediction extension”, is presented to remedy the edge effect during the numerical computation of the CWT. The effectiveness of the method is verified by the use of the benchmark model developed by the American Society of Civil Engineers (ASCE). Finally, a scale model with three-storey reinforced concrete frame-share wall structure is made and tested on a shaking table to investigate the relation between the dynamic properties of structures and energy accumulation and its change rates during the earthquake. The results have shown that the wavelet transform is able to provide a deep insight into the identity of transient signals through time-frequency maps of the time variant spectral decomposition.