于曹闸结构地震动时程响应研究

基于ANSYS计算程序,构建了软土地基上的水闸结构三维有限元模型,针对其特有的地质条件和高烈度区抗震要求,考虑水闸-地基-水体的作用,进行了地震动时程分析。研究了水闸结构的地震动位移和应力的变化规律,研究成果为豫北地区水闸结构设计与施工提供了参考依据。     

时程分析方法的几点思考

针对《建筑抗震设计规范》GB50011—2001第5.1.2条第三款及有关规定进行了分析,提出了一些建议。     

已知地震记录的多点地震动仿真

为寻求大跨度结构分析所需的合理地震动输入,给出了一种基于已知地震记录的多点地震动合成法,该方法使用AR模型估计谱函数,利用多元线性预测对未知输入点地震动进行预测,通过高斯随机抽样来反应地震动的随机因素,并采用分窗叠加的办法反应时变特性.通过比较合成地震动与该处真实地震记录说明了该合成方法具有准确性和合理性,可以为大跨度结构抗震计算提供参考.     

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.     

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.     

结构动力时程分析的地震动选择方法研究

进行结构动力时程分析时,合理地选择地震动一直是工程中的难点问题.为此,通过改进现有的和声搜索法进行地震动的选取,针对依据我国现规范设计的两榀不同周期的预应力混凝土(PC)框架结构进行了动力时程分析,并与周期点法、双频段法和面积法的计算结果进行对比.分析表明:多遇地震作用下,周期点法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在10%左右,且与振型分解反应谱法得到的底部剪力相比,双频段法和改进的和声搜索法得到的计算结果更加符合规范设计水准;罕遇地震作用下,面积法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在15%左右,周期点法计算结果离散性最大;周期点法只适用于弹性时程分析的地震动选择过程,改进的和声搜索法无论是对弹性时程分析还是弹塑性时程分析都适用,且满足规范设计水准和工程需求.     

大跨度桥梁结构地震动输入问题的研究现状

对于大跨度桥梁地震动输入问题的研究和应用现状进行了综述,其中包括多点地面运动,多点输入条件下的结构地震反应等。对时域方法,频域方法,近似方法和混合方法等几种分析方法进行了介绍和评述,提出了一些需要进一步研究的问题。     

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%.     

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。     

基于多点激励位移输入模型的跨断层桥梁地震动输入方法

探讨了多点激励位移输入模型对跨断层桥梁的适用性,并针对包含永久地面位移的时程曲线在基线校正过程中存在的问题提出了一种改进的基线修正方法.利用该方法对集集地震中距发震断层最近的10个强震台站地震动记录进行基线校正,校正后的永久地面位移与GPS测站同震位移运动方向一致,数值相近,由此验证了该方法的合理性,所得位移时程曲线可作为多点激励位移输入模型的地震动输入.以某跨断层桥梁为例,分别采用多点激励位移输入模型和多点激励加速度输入模型计算结构地震响应.结果表明,基于多点激励位移输入模型的地震动输入方法能够真实模拟断层错动引起的结构残余变形与内力,符合实际震害特征;而基于多点激励加速度输入模型的地震动输入方法则未考虑该残余变形与内力,故可能导致不合理的计算结果.     

近场地震动加速度脉冲的小波变换识别

近场加速度脉冲很早就被人们观察到,由于其对结构的不利影响,多年来一直为不少研究者所关注.以往的研究者多从速度脉冲的研究入手,近来有学者直接分析加速度脉冲,比如利用EMD分解来得到高频和低频的加速度脉冲.利用小波变换来分解加速度时程,得到其高频和低频分量,并从中识别加速度脉冲.通过从反应谱和结构非线性响应两个方面的对比,证明了小波分解的可靠性,从而保证了识别的加速度脉冲的准确性.     

地震动参数对高层混合结构破坏的影响

采用15条地震波对3个层高不同周期不同的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解地震波的峰值速度与峰值加速度的比值、峰值加速度、以及强震持时对结构破损程度的影响.结果表明:地震波的幅值相同时,结构的破坏程度与地震波峰值速度与峰值加速度的比值呈正比;地震波峰值加速度的增大使结构破坏程度不断提高,提高的速度先急后缓;地震波强震持时对结构破坏的影响随结构自振周期增大而增大.根据研究结果提出了结构破损计算公式,该公式综合反映了地震波幅值、频谱特性对不同周期结构破坏的影响,利用它能较为准确地判断地震波对结构的破坏能力.     

人造地震动合成的研究现状及展望

结合随机过程的模拟方法,对国内外人造地震动的主要合成方法及研究现状进行述评.重点介绍以场地反应谱为目标的间接拟合方法,以及考虑震级、距离、场地及发震断层等综合影响的半经验综合方法的研究进展.最后,指出现有拟合人造地震动存在的主要问题及今后的主要研究方向.     

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．     

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.     

震中矩对水平向能量持时的影响分析

详细的分析了震中矩对持时的影响,其中持时是以70%能量持时为研究对象.利用美国强震记录,在Ⅱ类场地上,对震级和震中矩进行分组,研究在每一组内的平均能量持时,进而得出持时与震中矩之间的关系.通过研究发现,随着震中矩的增大,持时相应的变长,但是当震级较大时(7级),持时有变短的趋势;同时震中矩对持时的影响在两水平方向上都是非常明显的,总体而言东西向的值要大于南北向的值,表现出较强的方向性.     

震中矩对竖直向地震动持时的影响

详细的分析了震中矩对竖直向地震动持时的影响,利用美国强震记录,在Ⅱ类场地上,对震级和震中矩进行分组,研究在每一组内的平均能量持时,进而得出持时与震中矩之间的关系,通过研究发现,在不同震级时表现出来的规律性不同,但总体而言随着震中矩的增大,持时相应的变长,另外,震级对持时的影响也较大,不容忽视.     

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应．研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7．51％～23．3％;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同．由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应．     

地震动幅值影响因素分析

从强地面运动方面考虑,地震动的特性可以通过其三要素来描述,即地震动的振幅、频谱和持时.而振幅,即幅值是地震动特性中的一个非常重要的因素,由于对其的影响因素较多,虽然许多的研究者在这方面做了大量的工作,但仍然有许多不确定因素.本文系统的分析了地震动幅值的影响因素和研究现状,指出了需要进一步研究的问题.