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.     

2021年5月21日云南漾濞6.4级地震强地面运动特性分析

2021年5月21日,中国云南省大理白族自治州漾濞彝族自治县苍山西镇发生6.4级强地震及多次余震。本文对此次地震中获得的20组共60条强震动记录进行了基线校正和滤波等处理,按照震中距由近及远,重点研究了地震动幅值衰减规律、持时特性和加速度反应谱特征。结果表明：此次地震记录多为中远场记录,近场记录较少,漾濞台站获得的峰值地面加速度(PGA)为720.3 cm/s²,地震动幅值随着震中距的增大而逐渐衰减。在近场范围内,台站记录体现出高幅值PGA、低幅值峰值地面速度(PGV)的特点,PGA和PGV观测值与预测值的衰减规律一致;对于中远场而言,Huo与Yu模型相比,其预测值更接近观测值,但两个模型都低估了实际地震动的最大峰值。持时随着震中距的增大而延长,符合线性规律;竖向与水平向持时的比随着震中距的增大呈现出先增大后减小的规律,符合高斯分布规律。加速度反应谱峰值随着震中距的增大而逐渐衰减,在周期大于1 s的中长周期段水平向反应谱峰值较竖向反应谱峰值衰减较快,而卓越周期逐渐向长周期偏移;反应谱峰值均位于短周期部分,不会对长周期建筑造成严重破坏;尽管漾濞地区抗震设防水准较高,...     

砂土边坡地震动力响应离心模型试验

为研究砂土边坡的地震响应规律,采用El Centro波作为地震输入,在50倍重力加速度条件下进行了边坡的动力离心模型试验。试验在土工离心机及专用振动台上实施,利用加速度传感器记录了模型不同位置地震响应的加速度时程并进行了频谱分析。结果表明最大响应发生于坡顶,该处地震波反应谱放大系数最大值为4.78。地震波反应谱不同频率成分放大效果不同,与5.7-6.7Hz的频率成分相应的反应谱放大最大。边坡自下而上存在地震响应放大现象,边坡上部响应大于底部,靠近边坡斜面的响应大于内部。     

砂土边坡地震动力响应离心模型试验

为研究砂土边坡的地震响应规律,采用El Centro波作为地震输入,在50倍重力加速度条件下进行边坡的动力离心模型试验。试验在土工离心机及专用振动台上实施,利用加速度传感器记录模型不同位置地震响应的加速度时程并进行频谱分析。结果表明:最大响应发生于坡顶,该处地震波反应谱放大系数最大值为4.78。地震波反应谱不同频率成分放大效果不同,与5.7~6.7 Hz的频率成分相应的反应谱放大最大。边坡自下而上存在地震响应放大现象,边坡上部响应大于底部,靠近边坡斜面的响应大于内部。     

河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.     

长周期地震动的界定及对应场地发生概率

采用反映地震动能量的功率谱的特征来筛选长周期地震动.定义地震动功率谱密度在0.1～0.5Hz内的面积与总面积之比大于30%的地震动为长周期地震动.与其他界定方法对比发现,用本文的方法较简单,所选的长周期地震动记录更符合长周期地震动的规律.采用本文方法分析全球不同国家和地区的约2万条地震记录,确定长周期地震动的发生概率为3%～5.5%;软弱场地的长周期地震动发生概率要大于坚硬场地;Ⅰ、Ⅱ类场地的长周期地震动发生概率为3%,而Ⅲ、Ⅳ类场地的长周期地震动发生概率为6.3%～8.3%.据此分析YJK自带天然波库中各类场地的地震记录,发现其中长周期地震动所占的比例均小于3%,特别是软弱场地的长周期地震动远低于实际发生概率.在编的建筑隔震设计标准给出的Ⅱ类场地的特殊校核波,可以较好地反映近断层效应或长周期分量等不利影响.     

地震作用下海底悬跨管道水动力计算模型

在不同方向的地震动输入下海底悬跨管道的动力响应存在差别.基于Wake模型,提出了三维地震输入下的海底悬跨管道的水动力模型,并推导了有限元控制方程.建立有限元离散模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底悬跨管道的动力分析.通过数值计算和模型试验的结果比较可以看出,考虑地震动输入方向影响的Wake模型能够应用于海底悬跨管道的地震响应分析,其计算结果与试验结果符合得较好.     

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.     

场地硬夹层对核电厂结构地震响应的影响分析

针对含有硬夹层的土层场地,考虑地基与结构之间动力相互作用的情况下,采用频域分析方法分析场地土层中的硬夹层对某核电厂结构地震响应的影响,计算了不同硬夹层场地情况下核电厂结构的地震动峰值加速度和加速度反应谱响应值,探讨了硬夹层场地上核电厂结构的地震响应特征.计算结果表明:核岛结构地震响应的峰值加速度和加速度反应谱受场地中硬夹层厚度影响而改变,其影响不可忽视.场地中存在硬夹层总体上会减小核岛结构的水平向响应而增大竖直向响应,对较高频段谱和峰值加速度值的影响更为显著,但硬夹层厚度很大时,其影响趋势出现相反的结果,会增大结构的水平向响应而减小其竖直向响应;场地中硬夹层对核岛结构响应的影响特征较为复杂,尤其会改变核电结构响应的频谱特性,其影响程度与覆盖土层厚度、硬夹层厚度以及输入地震动特性、核电厂结构特性等均有密切关系.核电厂选址在有硬夹层的场地时,应特别关注其对核电厂结构地震响应的不利影响,为实际核电工程选址及结构抗震能力评估提供合理的地震动输入.     

弹簧摆碰撞减震系统计算模型研究

目的为了减小高柔结构在地震作用下的动力响应,提出了弹簧摆碰撞减震系统,以降低高柔结构在地震作用的动力响应.方法基于拉格朗日方程及HertzDamp碰撞模型推导了弹簧摆碰撞减震系统的运动方程;选取El Centro地震波验证了弹簧摆碰撞减震系统的减震效果;分析了地震强度对减震效果的影响.结果弹簧摆碰撞减震系统减震效果受地震强度影响,地震动烈度越大减震效果越好.在弹簧摆未与限位器发生碰撞时,阻尼器依靠弹簧振动与整体摆动的内共振现象增强吸震效果;在弹簧摆与限位器发生碰撞时,依靠撞击耗能来降低结构动力响应.在中震作用下,弹簧摆碰撞减震系统减震率为13%~19%.结论弹簧摆碰撞减震系统充分利用了弹簧摆的内共振现象及碰撞冲力做功耗能两种减震机理,减震效果良好,适用于超高层结构及高耸结构的振动控制.     

长周期地震动下框架-剪力墙结构隔减震改造

长周期地震作用是一种特殊的地震动,框架-剪力墙抗震结构在长周期地震动下的响应与普通地震动下的响应明显不同.运用ETABS建立11层框架-剪力墙抗震结构及3种改造结构(即基础隔震结构、层间隔震结构及阻尼减震结构),分别输入远场类谐和长周期地震波、近断层脉冲型地震波和普通地震波3种不同性质的地震波进行罕遇地震下的非线性时程...     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。     

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。     

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。     

覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响

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400 m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。     

刚性基础上摇晃桥柱系统地震反应研究

运用刚体摇晃减震概念建立摇晃桥柱系统(Rocking Pier System,RPS)的动力分析模式,并采用El Centro地震波作为输入,对RPS有无配置预应力钢筋、预应力钢筋有无施加预应力、预应力钢筋面积多少、不同桥柱振动周期及不同地震强度等进行时程分析.研究结果显示,桥柱摇晃碰撞基础瞬间,柱底虽会产生剪力峰值,但相较于传统桥柱系统(Conventional Pier System,CPS)的最大柱底剪力而言,该剪力峰值相对较小,此现象有助于避免地震时桥柱受损.且借助调整预应力钢筋面积及初始预应力可设定启动RPS晃动的地震强度,这样可避免小地震下桥柱晃动影响桥梁运输功能,并且在大震摇晃下桥梁保持弹性全无损伤.     

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.     

云贵彝良-威宁中强地震地震动特性

2012年9月7日,我国西南云贵交界彝良-威宁地区连续发生两次中强地震,为地震动特性的比较研究提供了强震动记录．考虑距离、方向的影响,从地震动衰减关系和反应谱两个方面考查了两次地震强震动的工程特征．结果显示,竖向地震动峰值在近场和中场区域明显高于水平向地震动,竖向地震动峰值随距离衰减更快;55．6级地震动峰值在近场和中场明显大于必;5．7级地震动,但地震动峰值衰减速度也较快;与其他研究结果比较表明,这两次地震的峰值总体上偏低．尽管两次地震绝大多数台站的场地为土层场地,但其平均规准谱在中长周期段的谱值明显低于规范设计谱．     

群桩基础后压浆地震动力响应研究

针对黄土与砂土在地震作用下发生液化、丧失承载力的问题,将后压浆用于土体抗液化,建立3×3群桩三维模型,研究群桩基础在不同峰值加速度El Centro地震波与上部均布荷载共同作用下的动力响应,并分析了后压浆对黄土与砂土抗震性能的影响。研究结果表明：在0.3g El Centro地震波作用下,黄土与砂土层大部分区域土体液化。黄土与砂土层经压浆加固后,群桩基础承载力提高4.87%;土体在地震波作用下以整体平动位移为主;土体加速度得到不同程度的降低;土体加固范围内的桩身动弯矩峰值较压浆前增大;桩身弯矩最值点上移;桩土应力分担比改变。     

昆明地区不同类型场地对近震大震地震反应特征对比研究

对昆明两个不同土层结构性质的场地模型输入同一个人工合成近震大震地震波的基岩地震动,得到了两个场地土层反应的地表地震动加速度时程及其反应谱,对比分析了它们的特征和差别,探讨了这两种不同性质土层在基底遭受近震大震时场地地震反应对地面运动特征的影响及其意义.