长周期地震动的非弹性反应谱

根据长周期地震动的特性,选取139条长周期地震动记录,以分析结构动力参数和长周期地震动特性对长周期地震动非弹性反应谱的影响规律。研究结果表明：与常规地震动相比,恢复力模型和屈服后刚度比(η)对地震动非弹性反应谱中长周期段的影响较大,且场地土对非弹性反应谱的放大效应更为显著;相反,阻尼比(ξ)和位移延性比(μ)对常规和长周期地震动非弹性反应谱的影响规律较为类似。提出在建立长周期地震动设计谱时,应选取合理的恢复力模型和η,参考已有ξ和μ对常规地震动反应谱的影响规律,并针对不同的场地类型建立相应的设计谱;可以先建立某标准设防烈度的长周期地震动的设计谱,其他设防烈度的设计谱可用PGA_设防与PGA_标准的比值调整得到。     

覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响研究

选取汶川8.0级地震中陕西省6个台站的东西向地震动加速度记录,通过HHT计算了各条地震动和其IMF分量的Hilbert能量和输入能量,对比分析了覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响。结果表明：随着覆盖层厚度的增加,地震动的HE峰值、输入能量和Hilbert能量平均周期T_mE逐渐增加,当覆盖层厚度大于400m时,地震动能量主要分布在低频区域,具有显著的长周期特性;当覆盖层厚度为0或很小时,地震动能量主要集中在前2-3阶IMF分量中,多个IMF分量的HE峰值较大,卓越IMF分量对结构的影响较小;随着覆盖层厚度的增加,地震动能量主要集中在高阶IMF分量中,仅1-2个IMF分量的HE峰值较大,其余分量均很小,卓越IMF分量的平均周期T_mE和原始地震动十分接近,对结构的破坏起主导作用,应重点研究。     

盆地型长周期地震动的判别准则

为了筛选出盆地内超高层结构抗震设计所需的盆地型长周期地震动(简称为长周期地震动)验算波,总结了长周期地震动的形成机理,分析了长周期地震动中面波的卓越性,提出了截取由面波主导的地震动尾波的方法,通过基于尾波特性的统计分析得到了长周期地震动的判别准则.结果表明:沉积盆地边界所激发的面波在盆地内传播、叠加以及依频率放大是长周期地震动的主要形成机理;长周期地震动中由面波主导的尾波段对长周期结构响应起控制作用;长周期地震动判别准则宜定为:速度反应谱卓越周期大于2s,且截取出的尾波与原始波在速度反应谱卓越周期处的谱幅值比大于85%.     

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.     

人造地震动反应谱的计算

通过人造地震动拟合过程中地震动反应谱不同计算方法所得计算结果的比较，分析了常用计算方法－－线性积分方法的优缺点：该方法虽可大大缩短计算时间，但在高频带上误差是无法 接受的。同时指出：卷积计算方法虽然耗费大量机时，但由于它仅涉及数据本身，与数据是否连续、可导无关，只有采用该方法计算高频带处的反应谱值方可得到正确结果，如单纯加大采样率或采用非线性内插的积分方法虽然会使计算精度有所提高，但不是解决问题的根本方法；如从计算时间角度考虑，在计算人造地震动的反应谱值时，可分频带计算，即高频带处采用卷积方法，中、低频带处采用线性积分方法。     

拟合多维能量反应谱及峰值速度的地震动调整方法

基于小波变换原理提出了一种以设计用多维能量反应谱及峰值速度为目标的实测地震动调整方法.该方法首先依据多维能量反应谱与伪加速度谱之间的近似转换关系,在时域内叠加小波函数实现对实测地震动记录的初步调整,保留原始地震动的强度、频率非平稳特性;再应用二阶基数B-样条小波函数模拟上述调整后的多维地震动场,通过循环调整拟合精度较低频段的小波系数和对峰值速度贡献最大的小波分量,实现对设计用能量反应谱及各向峰值速度的同时拟合.算例分析结果表明,该方法具有较高的拟合精度,对初始地震动的能量分布改变较小,为建筑结构基于能量平衡设计时的多维动力反应分析提供了一种新的地震波合成方法.     

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.     

地震动相位谱与相位差谱分布特征的研究

引入相位差谱主值的概念,讨论了相位（差）谱与其主值分布函数之间的关系,通过将相位（差）谱与其主值加以区别,能有效地克服过去相位谱与相位差谱概率特征的不协调性。在假定相位差谱服从正态分布的条件下,对相位（差）谱主值的概率分布进行数值计算与模拟,结果与Ｏｈｓａｋｉ对实际地震记录的统计结果非常接近,说明本文的思想是合理的。     

空间相关非平稳地震动反应谱拟合

为了给大跨度结构的抗震分析提供空间多点相关地震动加速度时程,在前人研究的基础上,提出根据标准设计反应谱合成非平稳空间相关多点地震波的方法.从规范反应谱出发得到功率谱,然后由地震动的空间相关性得到功率谱矩阵,用三角级数法生成各点地震动.生成的地震波具有地震动的空间相关性,同时还考虑了强度和频率的双重非平稳性, 在保证相关性的前提下对初始波进行修正使其反应谱与规范反应谱逼近.数值算例表明,利用该方法生成的地震动加速度反应谱具有较高的拟合精度,合成的多点时程可用于大坝等延伸结构多点激励的地震动输入.     

远场长周期地震动作用下高层框剪结构地震反应分析

选取3条远场长周期地震动和2条普通地震动,在比较其能量特性的基础上,采用ETABS软件建立两栋高层框剪结构的有限元模型。对比研究了地震动类型和结构基本周期对结构弹性地震反应的影响规律。结果表明:远场长周期地震动对高层框剪结构的地震反应具有放大作用;在其作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角明显大于普通地震动作用下的结果。远场地震动作用下结构的最大层间位移角出现在中下部楼层,且明显超出现行规范1/800的限值要求。普通地震动作用下结构的最大层间位移角出现在中上部楼层,能够满足规范限值要求。随着结构基本周期的增加,远场长周期地震动作用下结构的地震反应随之增大;普通地震动作用下结构的基底剪力、顶层位移逐渐增大;最大层间位移角略有下降、出现的楼层明显上移;顶层位移对长周期地震动、结构基本周期最为敏感。建议在高层结构抗震设计时进行远场长周期地震动作用下结构的抗震性能验算;且将结构位移作为重要的控制指标。     

考虑反应谱变异特性的人工合成地震波

在以往产生拟合反应谱的人工地震的方法中，目标反应谱通常采用建筑抗震设计规范给出的标准反应谱。根据其定义，标准反应谱仅仅反映了结构反应谱的均值特性。事实上，诺将地震动视为随机过程，则反应谱也是具有随机性的。因此，上述人工波的合成方法，忽略了反应谱的随机性，则生成的人工波并不能充分体现地震动的随机特性。鉴于此，由随机振动理论提出一种产生人工波的方法，可以同时考虑反应谱的均值特性和变异特性。     

双向地震下刚度偏心体系的弹塑性反应谱研究

针对实际地震动的多维性、偏心引起结构多分量反应的耦合作用以及结构非线性的空间耦合特性,建立了可考虑刚度偏心影响的单层体系弹塑性等延性拟强度折减系数谱。通过对硬、中、软三类场地60条地震动记录进行时程计算的结果,分析了不同场地类型、相对偏心距、扭转频率比等因素对拟强度折减系数谱的影响,为进一步建立可应用于工程实际的多维弹塑性设计谱奠定基础。     

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.     

基于演变谱和正交化HHT法的类谐和长周期地震动合成

结合演变谱理论和正交化HHT法的优点,建立了一种能同时反映强度和频率非平稳特性的地震动人工合成方法.选取1999年台湾集集地震中的2条类谐和长周期地震动记录作为原始地震动进行了人工合成,并进行了局部功率谱密度分析和反应谱分析.分析结果表明,本文建立的地震动合成方法能实现对地震动频率非平稳性的模拟,合成的类谐和长周期地震动时程与原始地震动时程在能量时频分布上具有较好的一致性,且弹性反应谱及弹塑性反应谱的拟合精度较高,可供工程结构地震反应分析使用.     

近断层地震加速度设计反应谱

研究了近断层地震的加速度设计反应谱,选择了30次地震,132组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的实际地震波的平均弹性加速度反应谱,给出了近断层地震设计弹性加速度反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性加速度反应谱计算公式.研究结果表明:提出的近断层地震设计弹性加速度反应谱与实际地震波平均弹性加速度反应谱较为接近,所建议的近断层地震加速度设计反应谱形式较为简单.     

地震动中输入能量的探讨

用能量的方法研究在单自由度体系中(SDOF),结构在差异较大的软土和硬土场地上,承受近断层实际地震时,自振周期T=0.8 s的结构在地震激励下的瞬时输入能量和总输入能量.得出对于脉冲型地面运动,结构达到最大输入能所需的响应时间要比长持时地面运动所需的时间短,而结构耗散的能量要比长持时地面运动耗散的能量大得多的结论.从瞬时输入能量以及总输入能量两个角度考虑输入能,认为瞬时输入能是地震设计中不可忽视的.计算得出,结构进入弹塑性阶段后,在双线性的滞回模型的假定条件下,结构延性系数不同时,两种场地所得的平均弹塑性等效速度谱,并进行了场地条件对结构输入能影响的分析比较.发现软土场地上的平均等效速度谱较好体现了结构的自振周期,应避开场地的卓越周期.     

空间多点地震激励下简支梁桥碰撞响应数值模拟

为研究桥梁结构在空间多点地震激励下的碰撞响应,采用LS-DYNA建立了两跨简支梁桥三维精细化有限元模型,考虑了相邻桥跨之间面-面碰撞及偏心碰撞效应,计入了板式橡胶支座系统的非线性、钢筋混凝土在碰撞荷载作用下的材料非线性和应变率效应,详细分析了空间多点地震下桥梁上部结构的碰撞响应,研究了双向多点地震激励及局部场地效应对碰撞响应的影响。研究结果表明,碰撞会导致伸缩缝处桥梁上部结构的局部破坏;双向多点地震激励引起的桥梁偏心碰撞响应导致碰撞次数增加,但减小了碰撞力;局部场地效应对桥梁上部结构碰撞响应影响较大,基础场地条件越差,上部结构碰撞响应越大,碰撞引起的梁端局部破坏越严重。     

脉冲型地震作用下斜拉桥纵向响应的简化计算

为研究近断层脉冲作用对斜拉桥地震响应的影响,在研究近断层地震动特性的基础上,利用最小二乘法进行脉冲模型数值拟合,通过等效模态法将复杂斜拉桥在纵桥向简化为单质点体系,建立、求解近断层脉冲作用下斜拉桥纵桥向的运动微分方程,得到斜拉桥塔顶位移、塔底弯矩与速度脉冲周期及幅值的解析关系,由此得出结构地震响应随脉冲参数变化的规律,并分别通过独塔和双塔斜拉桥的有限元分析对该方法的正确性进行验证,结果表明该方法简单可行,误差在工程可接受范围内.