近断层脉冲地震动下桥梁排架墩基于保险丝的损伤控制研究

为增强临近断层区域桥梁双柱式排架墩的横向抗震性能,基于结构保险丝理念,引入防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace, BRB)作为牺牲性保险丝进行抗震性能提升.针对近断层脉冲型地震动的特点,采用单一函数解析模型模拟一组以矩震级、断层距为主要参数的低频脉冲分量,并叠加强震动记录滤波后的高频分量作为研究输入地震动.以一座公路桥梁中的典型排架墩为原型,建立动力分析模型,通过非线性地震反应时程分析,系统研究了BRB布置形式(人字、单斜和肘节式)、矩震级、断层距和脉冲数对排架墩损伤控制效果及抗震性能的影响.结果表明,采用BRB作为保险丝可明显提升排架墩的抗震性能,显著降低其地震损伤;位移放大型肘节式BRB体系较传统单斜式和人字形的耗能能力更强,在小位移情况下尤为显著.     

位移谱阻尼调整系数模型研究

基于408条地震地面运动记录的统计分析,首先研究了地震动持时、矩震级、断层距和场地类别等对阻尼调整系数的影响,然后采用非线性回归分析提出了能体现持时和矩震级影响的阻尼调整系数模型.研究结果表明:持时和矩震级对阻尼调整系数有显著的影响,而断层距和场地类别影响较弱;阻尼调整系数相对于阻尼比存在异方差性;持时的影响可以通过在模型中包含线性震级项来体现.本文所提出的包含线性矩震级项的阻尼调整系数模型既能体现矩震级的影响,也能间接地体现地震动持时对阻尼调整系数的影响;模型的标准差能体现阻尼调整系数相对于阻尼比的异方差性.本文的研究结果可直接用于阻尼比为5%的位移谱衰减模型,也可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.     

近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析

为了研究在近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统的动力响应规律,针对高速铁路线上最常用的简支梁形式结构,以某8×32.7 m高速铁路简支箱梁桥为例.建立了考虑简支梁与CRTS Ⅰ型板式无砟轨道之间相互作用的桥梁-轨道模型,讨论了具有破裂前方脉冲、滑冲脉冲、无脉冲型近断层地震动对桥梁-轨道系统的影响及扣件阻力改变时桥梁-轨道系统动力响应的变化.结果表明:三种脉冲类型地震动作用下钢轨的受力和变形规律保持一致,脉冲型地震动较无脉冲型地震动增加了约20％钢轨应力和位移.相对于轨道系统,桥墩对脉冲类型更为敏感,在破裂前方脉冲和滑冲脉冲地震作用下,桥墩的墩顶最大位移比无脉冲地震动分别增大了106.6％和148.6％,墩底弯矩和剪力也有明显增大,在进行高速铁路桥梁抗震设计时应考虑脉冲类型对桥梁结构的影响.扣件纵向阻力从5 kN/组增大到15 kN/组时,墩顶最大位移降低了10％,但钢轨应力和位移峰值约为原来的2倍.     

近断层长周期地震动前向性效应对峰值影响研究

筛选了断层距不大于15km的具有前向性效应的长周期近断层地震记录,分类汇总建立了统计分析数据样本库,对长周期地震动的竖向分量和水平向分量峰值比进行了分析,研究了震级、脉冲周期、不同分量对峰值加速度比的影响。在此基础上,采用前期建立的回归分析模型,对长周期地震动竖向分量和水平向两分量的峰值加速度进行了回归分析,拟合给出了峰值参数与震级和断层距的衰减关系式,通过拟合曲线与数据样本的峰值实测值对比,说明拟合关系式在一定的范围内可以用于近断层长周期地震峰值的预测。     

近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱抗剪性能的影响

以单个RC柱为分析对象,采用台湾集集地震中3组断层距18条速度脉冲型地震动记录,通过非线性动力时程分析,研究断层距、竖向与水平加速度谱值比、柱初始轴压比、竖向和水平振动周期以及剪跨比对RC柱抗剪性能的影响规律。结果表明:近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱的抗剪性能有很大影响;抗剪性能系数随反应谱比值增大而减小,中等初始轴压比与断层距、以及剪跨比与近断层距(0～10km)对柱抗剪性能有交互作用。最后,对结果进行非线性回归分析,建立了考虑近断层竖向速度脉冲地震效应及其影响因素交互作用的抗剪性能系数表达式。     

跨断层铁路简支梁桥地震响应分析

为研究跨断层铁路桥梁的地震响应,基于MATLAB平台,引用公式及参数,合成地震动,然后将人工合成的跨断层地震动输入位移模型中,分别考虑跨断层的方向性效应和滑冲效应,在不同地震动方向作用下进行非线性时程分析。考虑不同设防水准,对桥梁结构内力、位移等进行跨断层地震响应分析,进而研究不同断层距下断层效应影响。结果表明,在顺桥向+竖桥向、横桥向+竖桥向地震作用下,随着断层距的增大,桥墩的内力、支座的变形和桥墩位移的变形都在减小;不同断层距对桥梁的内力、位移变形影响较大,当断层距大于50 km时,断层效应影响较小。     

汶川特大地震的震级和断层长度

震级修订是世界各国地震台网(中心)地震参数测定工作的常规工作的一个环节。汶川地震发生后,我国地震台网速报的汶川地震的"面波震级"为7.8级;5天后修订为"面波震级"8.0级。美国地质调查局(USGS)国家地震中心(NEIC)速报的结果是"矩震级"7.8级;不久,将其修订为"矩震级"7.9级。地震后翌日,我们由"地震矩张量反演"得出,汶川地震的"矩震级"至少为7.9级,所释放的"标量地震矩"至少为4.4×1021N·m。无论是"面波震级",还是"矩震级",汶川地震都要比唐山地震("面波震级"7.8级,"矩震级"7.6级)大得多。汶川地震的"矩震级"(7.9级)比唐山地震的"矩震级"(7.6级)大0.3级,表明汶川地震释放的能量比唐山地震释放的能量大约3倍!事实上,汶川地震的断层长度大约为300km,也是唐山地震断层长度(不足100km)的3倍多。汶川地震的震级大、断层长,从震源特性的角度说明了为什么这次地震会造成如此巨大的破坏。     

基于主余震理论的余震地震动PGA衰减关系研究

为了解余震和主震的相关性,研究余震对建筑结构损伤的影响,文中建立了最大余震和主震地震动参数的数学函数关系,选用752组真实主余震序列,采用多元非线性回归方法,统计回归出地震动衰减关系。结果表明:相对地震动参数和主震矩震级、标准场地剪切波速呈正相关,和主余震震级之比、场地剪切波速之比呈负相关,和主震震源距D_ms的相关性较小。本文模型的预测值在V_S30取值较小时和CY2008模型的预测值较为接近;V_S30取值较大时,本文模型的预测值和AS2008模型的预测值的最大误差仅为5%。本文构建的模型能较好地预测余震相对地震动参数,为地震危险性分析和工程实践提供一定的理论依据。     

长持时地震动下RC桥墩地震反应分析

钢筋混凝土(RC)桥墩可能遭受长持时地震动的影响,并引起桥墩严重破坏.为揭示长持时地震动下RC桥墩的地震损伤破坏机理,基于OpenSees平台建立考虑混凝土与钢筋材料累积损伤的RC桥墩抗震数值分析模型.根据谱匹配原则筛选长持时地震动以及与之匹配的短持时地震动记录共计100组,对比分析了地震动持时对RC桥墩地震反应的影响,采用云图法进行了不同持时地震动下桥墩易损性分析.结果表明,剪跨比为6时,长持时地震动下桥墩的最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别是短持时地震动下桥墩反应的1.2～1.3倍、1.6～1.7倍和1.5～1.6倍.剪跨比为4时,桥墩最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别为短持时地震动下桥墩反应的1.6～1.7倍、2.3～2.9倍和2.1～2.6倍.PGA相同时,长持时地震动下桥墩不同损伤状态下的超越概率均大于短持时地震动下的损伤超越概率.长持时地震动将引起桥墩更为显著的损伤,在桥梁抗震性能评价中应该考虑地震动持时这一因素的影响.     

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。     

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.     

地震诱发工程岩体结构面滑移概率分析

基于非平稳随机地震动模型,编制快速合成人工地震动的程序以实现对工程地震动的随机抽样。对工程岩体地震响应进行等效线性数值计算时,定义结构面的水平等效加速度(时程),将结构面水平等效加速度(时程)的最大值超过其屈服加速度(滑移阈值)作为岩体失稳的极限条件;基于地震动随机抽样和等效线性化时程计算,提出一种随机地震动作用下工程岩体沿结构面的滑移概率和稳定可靠度的计算方法。考察某工程岩体在附近3个潜在震源影响下的结构面的滑移概率和稳定可靠性。结果表明,震级相差不大时,远场地震诱发该工程岩体的失效概率小于0.01%;近场地震作用下,工程岩体的失效概率为26.1%。     

某大跨度连续梁桥的地震易损性分析

连续梁桥是我国高速公路、轨道交通中常用的一种桥梁结构形式。为研究大跨度连续梁桥，选用CSibridge软件对某跨度为181 m的桥梁进行有限元模拟，首先通过非线性增量动力分析方法，计算不同地震动下的墩顶位移。然后通过Xtract软件得到墩底弯矩曲率曲线并定义地震损伤指标。再基于对数正态分布假定，计算了不同地震动强度下的地震需求参数，得到了连续梁桥的地震易损性曲线。最后通过曲线得到了在不同强度的地震作用下，发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏和完全破坏的概率。结果表明，易损性分析结果可以反映桥梁的综合抗震性能和各级损伤状态的超越概率，为桥梁结构抗震设计提供了参考。     

基于概率情景的多场点系统地震风险分析方法

该文针对传统地震危险性分析方法面向多场点系统(诸如某一区域内多个建筑、某个基础设施网络)整体地震风险计算时的局限性,提出了基于概率场景的多场点地震风险分析方法。该方法首先结合地震潜在震源的震级概率分布函数以及地震动预测公式,并考虑地震动空间相关性模型,通过随机模拟生成大量的概率地震情景(地震动分布图),在地震情景集及相应概率信息的基础上对一些典型的多场点系统,例如独立多场点系统、串联多场点系统、并联多场点系统等进行了系统风险分析。并通过对比分析单场点与多场点系统的地震风险,对比分析考虑和不考虑地震动估计误差空间相关性两种情况下的多场点系统地震风险,最终得出了三种类型多场点系统地震风险表现的不同特征。结果表明:不考虑空间相关性会导致独立多场点系统高估低水平损失的概率、低估高水平损失的概率;会导致串联系统风险估计整体偏高;会导致并联系统风险估计整体偏低。     

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。     

汶川中强余震地震动峰值衰减关系

汶川地震强余震流动观测中获取了丰富的强震动加速度记录,这些数据在震中距和震级上分布较为均匀,为建立地震动衰减关系提供了良好的数据基础.这也改变了中国大陆缺乏强震动观测数据,尤其是近场强震观测数据,在建立地震动衰减关系时,不得不依赖于其它国家和地区观测数据的状况.鉴于汶川地震最大余震震级为Ms6.4,与Ms8.0的主震之间存在较大的震级缺档,本文仅就Ms4.5—6.4震级范围内、震中距小于110km区域范围内的强余震流动观测数据进行了统计回归分析,建立了地震动速度峰值(PGV)、加速度峰值(PGA)以及0.04—6s周期内阻尼比5%的绝对加速度反应谱(PSA)等地震动参数的衰减关系.回归结果的误差分析表明,PGV衰减关系的均方差明显较PGA和PSA的小,说明PGV较加速度的离散小.衰减关系的残差随震中距的增大而减小,表明近场地震动强度随机性更强.经比较,本文衰减关系与现有的四川地区其它衰减关系有较明显的差异,由于其他衰减关系是基于映射法的结果,因此,本文的结果更为可信.     

基于PSDM和IDA法的深水隔震桥梁地震易损性分析比较

考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用,建立了隔震桥梁的弹塑性有限元分析模型,分别基于概率地震需求模型(PSDM)法和增量动力分析(IDA)法形成了桥梁系统及主要构件的地震易损性曲线,并对2种方法所形成的易损性曲线的差异进行了比较分析.研究表明,当桥墩处于弹性阶段时,基于PSDM和IDA法所得到的各损伤极限状态下桥墩的超越概率差别不大;但当桥墩构件进入非线性阶段,由于非线性结果的离散性导致基于PSDM法的需求回归分析的拟合结果失真,而基于IDA法能够很好的避免此种情况的出现;无论是桥墩还是支座,基于PSDM和IDA法计算得出的易损性曲线从轻微破坏到倒塌,2者差异越来越大.     

中国西部地区新一代地震动衰减模型

针对我国西部地区,选取汶川地震和部分国外地震记录,通过残差分析方法建立考虑断层破裂机制、场地条件以及上盘效应的地震动衰减模型,应用随机效应回归方法确定模型系数．结果分析表明：模型整体上能较好地预测汶川Ms8．0级地震断层距200km以内的地面运动,但在反应谱长周期段,模型预测值比实际观测值略大;模型在短周期段（T〈1s）预测反应谱与4个美国下一代地震动衰减关系（NGA）模型平均值一致,长周期段（T〉2s）模型预测反应谱小于美国下一代衰减关系模型平均值．     

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.     

近场脉冲型地震动下层间隔震的非线性反应与隔震层限位分析

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震动下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形,导致其上部结构倾覆失稳倒塌.提出以实际的近场非脉冲型地震为底波,叠加等效脉冲来模拟近场脉冲型地震动.研究在近场脉冲型地震动和常规地震动(远场或近场非脉冲地震动)作用下LRB层间隔震结构的动力反应特性与近场地震动特征参数(脉冲类型、脉冲参与系数、脉冲周期)对隔震结构非线性反应与隔震层最大变形的影响.提出在隔震层增设黏滞阻尼器,形成LRB与黏滞阻尼器相结合的层间混合隔震,对隔震层进行限位保护;并对黏滞阻尼器的参数优化规律进行了分析.结果表明:与常规地震动作用下相比,LRB层间隔震结构在近场脉冲型地震动下的非线性反应与隔震层最大变形均显著增加,近场地震的脉冲类型、脉冲参与系数、脉冲周期及PGV/PGA对LRB层间隔震结构的非线性响应有很大的影响,隔震层变形超越隔震支座容许变形;通过设置参数合适的黏滞阻尼器,层间混合隔震能有效降低非线性反应与隔震层变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳倒塌.