随机有限断层法在汶川强地震动模拟中的应用

在总结了国内外地震动模拟技术基础上,研究了5．12汶川大地震加速度时程的特点和合成方法,采取网格划分的方式,利用随机有限断层方法逐点合成了各网格点处的加速度时程,并绘制了加速度等值线图,分析了此次强地震动的分布特点．研究结果对研究发震时断层附近地区建（构）筑物的破坏原因、程度等与地震动强度间的关系,进而提高结构的防灾减灾能力具有十分重要的意义．     

反应谱兼容的时频非平稳地震动合成及其对结构非线性响应的影响

基于演化谱和正交HHT方法合成地震动,通过迭代调整时变功率谱,使合成的地震动时程反应谱拟合目标反应谱,提出一种与目标反应谱兼容的时频非平稳地震动合成方法.以El Centro地震加速度时程南北分量作为种子地震动时程,设计与目标反应谱兼容的4组加速度时程,分别对7层和15层的2栋钢筋混凝土框架结构进行非线性时程分析,研究...     

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.     

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.     

基于小波包方法的非平稳地震动模拟和设计谱拟合

提出了一种基于小波包分解和重构的模拟非平稳地震动并拟合设计谱的方法.该方法模拟出工程用地震动并调整频率分量,使其以一定的精度拟合设计谱.首先,利用5个参数生成了构成地震动加速度时程的小波包系数矩阵,并通过小波包重构获得加速度时程,该系数矩阵模拟了实际地震记录中频率随持时逐渐减小的特点.其次,将模拟的地震动利用小波包分解方法分解为具有高分辨率非重叠的小波包系数矩阵,然后根据设计谱调整频率分量.数值算例表明,该方法模拟的不同持时的加速度时程均能吻合同一设计谱,且迭代后仍然能保留地震动的非平稳特性.另外,该方法具有较稳定和较快的收敛过程,能在有限次调整迭代中实现较高的拟合精度.     

基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正

给出了进行水工建筑物抗震设计时,根据水工标准反应谱合成人工地震波及修正方法,为了消除人工波中残余长周期分量的影响,通过利用最小二乘法拟合原始加速度均值,利用加速度均值对人工地震动加速度进行校正,纠正了位移时程的漂移.     

日本福冈地震竖向地震动合成研究

根据断层位错分布、破裂过程、传播路径等研究结果,采用层状半空间的理论格林函数方法,合成日本福冈地震近场竖向地震动.并将合成结果与观测记录进行比较.结果可知,两者峰值大小接近.当频率在5Hz以内,合成所得竖向加速度Fourier幅值谱与观测结果基本一致.研究结果表明,场地不是特别复杂的情况下,采用层状半空间格林函数方法能有效地估计近场竖向地震动.     

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%。     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

空间地震动作用下大跨度拱桥地震响应分析

基于空间非平稳地震动场模型,应用谐波合成法模拟生成了用于空间地震动输入的地震动加速度时程。在此地震动输入下,以重庆菜园坝大桥作为模型原型,采用时程分析方法详细研究了此种大跨度拱与刚构组合桥在一致输入、行波输入和多点输入下的地震响应特性。分析结果表明,地震动空间变化对主拱的轴力和拱桥跨中构件对称反应影响显著,使其大部分反应明显增大;而刚构的大部分内力都有减小。     

近断层地震动作用下长周期结构的地震动强度指标

选取国内外13次地震的26个近断层地震动记录,研究适用于长周期结构的地震动强度指标.采用时程分析法计算了自振周期3.0～8.0 s的单自由度结构的加速度、速度和位移响应,研究了峰值加速度、均方根加速度、峰值速度、均方根速度、峰值速度与峰值加速度比、峰值位移和均方根位移与这些响应最大值的相关性.在此基础上以宿迁某高层隔震建筑为对象,进一步考察实际长周期结构的最大地震响应与地震动强度指标的相关性.研究结果表明:不同地震动强度指标与长周期结构最大响应的相关性差别很大,加速度型地震动强度指标的相关性最差,速度型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈差,位移型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈好.相比峰值加速度和峰值速度强度指标,近断层地震动作用下长周期结构时程分析时,选择位移型地震动强度指标用于选择和调整地震动输入更为合理.     

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。     

汶川地震峰值加速度多圆组合模型的衰减关系

考虑近场理论地震图的合成和大震地震动模拟过程,提出多圆组合的地震动衰减关系模型。以汶川地震震害较为严重7省的地震峰值加速度记录为分析对象,分别回归出圆模型、断层破裂模型及多圆组合模型的衰减关系。结果表明:多圆组合模型和断层破裂模型对于汶川地震动峰值加速度的模拟相对于圆模型更加理想;大震近场地震动的饱和现象在地震动衰减关系的分析中是不能被忽视的。     

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。     

多点地震动时程人工合成

分析大跨度结构需要一种效率、精度都较高的多点地震动时程合成方法。基于平稳随机过程理论推导了多点地震动时程合成公式，每一频率点处的时程幅值与迟滞相干矩阵特征值和特征向量有关。用数值计算研究了迟滞相干矩阵特征对的变化规律，提出了对其进行简化的方法，用算例验证了简化计算的可行性。     

地震动扭转分量对基础隔震结构响应的影响

讨论了获得扭转地震加速度的原理,并通过编制Matlab程序获得了LIMON COSTA RICA地震波的绕z轴扭转加速度分量。对一个12层基础隔震结构进行ANSYS软件时程分析,对结构模型输入LI-MON COSTA RICA地震波扭转加速度分量以及平动加速度分量,进行时程分析,研究结果表明:地震动绕z轴扭转分量对隔震支座的影响很小,以后还需针对不同的结构类型和地震动做更多的研究。     

考虑埋置效应对地震输入的修正方法

结合某核电站泵房半埋置式结构特点,分别分析使用经验公式法和数值分析法计算地震输入的局限性,指出直接采用基岩地表的地震动输入计算半埋置结构往往过大.为此提出一种考虑半埋置效应的地震输入的修正方法.该方法需要已知人工边界处土体节点地震位移和速度,然后通过对地震加速度时程进行积分,得到底层深度处土体速度和位移时程曲线.     

地震动分段输入的等效线性化方法

在一维土层地震反应等效线性化分析中发现,在强地震动输入下,等效线性化方法计算结果低估了地表峰值加速度水平,实际竖向台阵的观测记录与计算结果的比较证实了这一现象.其原因在于等效线性化方法在每次迭代中等效剪应变取为一常数,即最大剪应变水平的0.65倍,其整体提高了土体的地震动剪应变水平,导致计算分析中土体动剪切刚度比的降低和动阻尼比的增加,人为使得土体过分软化,造成地震动输入中高频成分过度滤波,加速度峰值偏低.为了使等效剪应变水平接近实际剪应变,在一维土层地震反应等效线性化分析中,本文提出了地震动分段输入的分析方法,即:设定某一阈值,在地震动时程第一次和最后一次超过该阈值的两个时间点处,将其分为3段,分别输入计算,并由分段计算结果叠加得到总的地震反应.阈值的选取与场地类型有关,不同的场地类型产生非线性效应的地震动阈值不同.计算结果表明,该方法比加速度时程一次性整体输入更趋合理.     

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。