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。     

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.     

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.     

黄土边坡-隧道结构地震动反应谱特性研究

利用地震波处理软件SeismoSignal对大型振动台模型试验坡面处监测点数据进行处理,研究边坡-隧道结构在不同地震动输入下的加速度反应谱特性.结果表明:①地震动输入对加速度反应谱和规准反应谱影响显著,随着周期的增大反应谱值先增大后减小,最后趋近于零;②规准反应谱在地震动输入较小时,最大值随地震动输入的增大而减小,随坡高的增大而增大,在坡顶时达到最大值,隧道的存在对边坡的抗震性能有一定影响,尤其在隧道洞口段是抗震的薄弱环节;③平均规准反应谱在短周期段随地震动的增大而减小,在中长周期段随地震动的增大而增大,峰值随地震动的增大呈现出向中长周期段推移的趋势,平均曲线峰值两侧的数据呈现出较好的数学关系,左端拟合曲线为二次多项式关系式,右端拟合曲线为指数关系式.     

长周期地震动参数及频谱特征

收集多年来国内外大量地震记录,根据其傅里叶谱的分布形式筛选出近场长周期、远场长周期以及普通地震动等三类,比较分析三者的参数特征,统计分析其平均反应谱及平均规准反应谱,采用最小二乘法对平均规准加速度反应谱进行拟合,并与规范设计谱进行对比.结果表明,长周期地震动反应谱出现峰值的周期较大.针对长周期地震动,建议规范设计谱的平台值以及特征周期应有所提高.     

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．     

基于反应谱分析的边坡动力响应与地震稳定性数值模拟

针对地震作用下的边坡稳定性分析,基于反应谱理论,提出了一种同时考虑了地震动力特性的反应谱法动态分析方法。该方法通过震动峰值加速度和边坡各岩土体单元的节点地震响应加速度谱值,计算出单元的地震影响系数,进而进行强度折减,得到滑动面的安全系数。在此基础上,对某边坡进行了动力稳定性分析,首先采用ANSYS分析地震作用下的边坡模态和反应谱,结合FLAC~(3D)计算弹塑性变形下的边坡稳定性,得出不同工况下边坡稳定性安全系数。实践表明,反应谱法动态分析对地震作用下边坡稳定性具有较好的理论与应用价值。     

基础隔震位移反应谱及其应用

我国现行建筑抗震设计规范中,通常采用加速度反应谱来计算建筑结构的水平地震作用,结构地震反应的大小主要通过与结构自振周期相关的地震影响系数体现,基础隔震结构不同于传统结构,结构自振周期长,隔震层变形大,阻尼大,在隔震结构抗震设计中,仅仅利用加速度反应谱进行抗震是不充分的,需要验算结构的最大位移反应,为此,研究了基础隔震结构位移反应谱及其计算公式。     

小浪底土石坝纵向振动简化动力分析

采用三维剪切楔理论和Ｂｕｂｎｏｖ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法,对小浪底土石坝的纵向地震反应进行简化分析,得到了该坝的最大位移、最大速度,最大加速度,最大应力等动力特性分析成果表明,小浪底大坝的基本自振周期约为１．３１９ｓ,坝顶的最大绝对加速度约为１．０３６ｇ。     

反应谱参量双界限凸集模型及其地震作用效应

考虑地震动强度是以卓越周期和地面运动峰值和加速度二维参量的映射为前提条件,提出了考虑地震不确定性的反应谱参量双界限凸集模型,将地震不确定因素反映在文中所提出的双界限模型之中,并在此基础上,论证了各种地震作用效应的最不利情况。结果表明;该模型的特点是能够完全结合现行工程抗震进行分析计算,且简易实用。     

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.     

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。     

基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

高层结构非线性地震反应分析

从国内外地震记录库中挑选出2条具有丰富长周期信息的长周期地震波,利用正交化 HHT法对2条地震波进行时频特征分析计算,同时以2条常用地震波为参照,进行时频特征的比对分析。然后,以一实际高层结构为例,利用 ANSYS 有限元软件建立有限元数值模型,分别以前4条地震波为输入,进行该高层结构的非线性动力反应分析。结果表明：高层结构对不同类型地震波的过滤作用不同,对长周期地震波的过滤作用更加明显;长周期地震波作用下的结构响应明显大于普通地震波作用下的结构响应,其中位移响应较加速度响应明显。     

地震作用下重力坝非线性振型响应的耦合性分析

以结构初始弹性振型为基向量,将地震荷载向量展开为振型荷载的组合。以Koyna重力坝为例,采用混凝土损伤塑性模型和非线性时程分析法,计算各振型荷载引起的大坝非线性响应。取地震加速度峰值为0.5g,给出了Koyna、El Centro实测地震波和1种人工地震波作用下大坝前5阶振型荷载引起的坝顶位移响应。结果表明,非线性情况下,坝顶位移响应依然由与荷载分布相同的振型分量主导,重力坝振型响应具有弱耦合性。     

设备地震响应的频谱分析法

目前设备抗地震分析一般有两种基本方法 :时程分析法和地震频谱法。文中以实例说明了如何运用有限元数值分析方法来实现频谱分析的步骤：首先进行模态分析，求得结构在地震频谱频率范围内的各阶固有频率；然后进行频谱分析，先求得对应于各阶固有频率的地震响应模态解 ,再进行模态解合并以得到结构对地震的总响应；再在后处理中进行工况组合得到包括地震载荷在内的各种工况的应力解、位移解。文中还参照ASME规范第Ш篇NF分篇的原则确定了不同工况组合下的应力极限。