近断层/远场地震动作用下隧道结构易损性研究

以川藏铁路线控制性工程——折多山隧道为研究对象,建立隧道动力时程分析模型。结合场地地震动设计反应谱,选取近断层脉冲型地震动及远场地震动记录,用于增量动力分析隧道工程结构的抗震性能水平。初步探讨适用于隧道结构的地震动强度指标IM,分析不同特征部位隧道结构易损性,对比分析近断层脉冲型地震动及远场地震动作用下隧道结构的地震易损性概率,并进一步给出在2种不同地震动作用下隧道结构在三级设防要求下的失效概率。结果表明:对于隧道结构,PGA为合适的IM指标;隧道左右边墙处衬砌为震害易损部位,可视作抗震设计的薄弱部位;在Ⅷ度多遇地震水平作用下,隧道结构仅发生轻微损伤甚至保持完好无损伤状态的概率较大,而在Ⅷ度罕遇与极罕遇地震水平作用下,隧道结构发生危及生命安全的严重损伤的概率较大;在相同强度的地震动作用下,近断层脉冲型地震动导致隧道结构发生更为严重破坏的可能性更大,具有更强的破坏性,在隧道抗震设计中,不可忽视近断层地震动的速度脉冲效应对隧道结构抗震性能的影响。     

基于能量分析的近断层地震作用下框排架结构性能研究

钢筋混凝土框排架结构是工业主厂房建筑的主要结构形式之一,为研究处于近断层地区的框排架结构的抗震性能,本文选取4条脉冲型、4条非脉冲型近断层地震波及4条远场地震波,以某钢筋混凝土框排架结构为原型结构建立有限元模型,研究结构在近断层地震动和远场地震动作用下的抗震性能。分析结果表明:脉冲型近断层地震动作用下结构的最大基底剪力是远场地震动的1.92倍,是非脉冲型的1.16倍;脉冲型近断层地震动作用下的最大层间位移是非脉冲型地震动的1.9倍,是远场地震动的5倍。因此,近断层地震动作用下框排架结构的动力反应需引起工程设计人员的重视。     

某8度区近断层甲类建筑基础隔震分析与设计北大核心CSCD

以8度区西安市疾病预防控制中心病毒实验楼为研究对象,分析了近断层地震动特性及其对隔震结构的不利影响,确定了甲类建筑基础隔震设计所需的地震动参数和抗震性能目标。对比了橡胶隔震支座、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座三种隔震层设计方案,研究了黏滞阻尼器和滑板隔震支座对隔震层的影响。表明黏滞阻尼器能够有效控制隔震层在大震作用下的位移。根据分析结果选择橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座的隔震方案。上部结构分别采用直接分析法和传统水平向减震系数法相融合的设计方法进行设计,通过楼层剪力对比验证该方法的合理性。采用PERFORM 3D软件对隔震结构进行了大震作用下的抗震性能评估,结果表明结构完全满足罕遇地震可修、极罕遇地震不倒的性能目标。     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

近断层/远场地震动作用下控制性岩体结构对地下洞室地震稳定性影响研究

 当前地下岩石工程地震响应研究中,缺乏对近断层地震动的影响机制的研究,也较少考虑地下岩石工程赋存环境中的地质结构。采用一种非线性节理本构模型模拟不利地质结构面,结合从NGA-West2数据库中选取的近断层脉冲型、近断层无脉冲型、及远场地震记录,分析近断层地震动对不利地质结构地震破坏现象的影响机制,并讨论、提出不利地质结构的地震动潜在破坏势,最后针对受层间错动带C2切割控制的白鹤滩水电站左岸尾水系统1#尾调室,揭示其在近断层脉冲型、无脉冲型、远场地震动作用下的动力响应与稳定性的差异。初步研究结果表明：(1) 仅有近断层脉冲型地震动才具有较大的速度、位移峰值和反应谱长周期值的特点,而近断层无脉冲型地震动特性与远场地震动近似;(2) 相对于近断层的大幅值,速度脉冲才是导致近断层地震动具有较大破坏能力的根本原因,速度脉冲使得岩体结构面两盘产生不可接受的剪切位移,成为洞室在近断层地震动作用下独特的失稳机制;(3) 对于地下工程中的不利地质结构而言,相比最常用的地震动强度参数PGA,PGV,PGD和PGV/PGA是为更理想的地震动潜在破坏势,且近断层/远场地震动可适用一种破坏势;(4) 提出的潜在破坏势参数在白鹤滩尾水系统1#尾调室的地震响应分析中得到了较好的验证,若受近断层脉冲型地震动的影响,洞室可能处于不稳定状态,可能需要针对性的抗震支护措施。结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。     

近场橡胶支座隔震设计探讨

近断层地震动具有不同于远场地震动的动力特征.按建筑抗震设计规范设计了非隔震与橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层与远场地震动记录进行分析.近断层地震动作用下,隔震后结构的最大层间剪力与最大层间位移均减小为非隔震结构的0.3倍左右,隔震对近断层地震动响应具有良好的减震效果;与远场地震动作用相比,近断层地震动作用下的上部结构最大层间位移角增大3～5倍,隔震层最大位移增大15倍,须对隔震层采取防止侧移失稳措施.现行规范以近场影响系数考虑近场橡胶支座隔震设计,尚需随近断层地震动研究新成果进一步完善.     

不同地震动特性下RC框架校舍抗震加固残余变形分析

校舍的抗震性能和震后残余变形直接关系到学生的顺利疏散和学校的震后修复,因此,本文以RC框架校舍为背景对其不同地震动特性下的抗震性能和震后残余变形展开研究。首先,介绍了泰州市姜堰区实验小学敏学楼的工程概况和加固方案,并据此建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性分析;随后,进行多遇地震作用下的弹性和设防/罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并以层间位移角为性能指标对结构抗震性能水平进行了评估;最后,以层间残余位移角和顶点残余位移为指标对比分析了近、远场地震作用下的结构残余变形。研究结果表明,近场地震作用下的抗震性能水平和残余变形指标均差于远场地震作用下的结果,其中底层层间残余位移角为远场地震的1. 67倍;加固后结构在罕遇地震作用下的破坏模式由严重破坏降低到了不严重破坏,层间最大残余位移角最大降低了69. 9%,校舍逃生概率和震后恢复能力显著提升。     

长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响

历次大地震中,长周期结构在长周期地震动作用下响应剧烈。本文着重对超高层建筑进行长周期地震激励下的抗震性能分析,选取了远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动3类典型长周期地震动记录各3条,为进行比较,同时选了3条普通地震动作为输入样本,采用ABAQUS有限元软件对一54层超高层结构分别进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,并将4类地震动输入下的结构响应特征进行对比研究。由结果可知:长周期地震动作用下结构的位移、位移角及损伤均大于普通地震动的响应,尤其是低频成分更丰富的远场类谐和地震动;长周期地震动输入下结构的最大层间位移角接近甚至超出限值。因此,长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响不可忽视。     

多层装配式钢框架减震结构动力弹塑性响应分析

北京某学校中学部B1楼为多层装配式钢框架减震结构。B1楼共布置24个黏滞阻尼墙(VD),为了验证装配式钢框架减震结构在设计后能否满足"大震不倒"的抗震设防要求。本文使用Perform-3D软件分别对安装VD和不安装VD的结构进行在罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。结果表明:原结构在罕遇地震作用下层间位移角满足规范限值要求,但在极罕遇地震作用下层间位移角已大于1/50。减震结构在罕遇、极罕遇地震作用下层间位移角均小于1/50,且相比原结构层间位移角显著减小,黏滞阻尼墙有效地保护了主体结构,吸收了大量的地震能量。     

超高层错层隔震体系地震响应研究

超高层错层隔震体系是层间隔震体系基础上发展而来的一种隔震结构。建立了某超高层错层隔震结构有限元模型,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动和近断层脉冲型长周期地震动3种不同类型的地震动,分析错层隔震结构在3种地震动作用下的响应,并与层间隔震结构响应进行分区比较。结果表明：错层隔震结构和层间隔震结构在3类地震动作用下层间位移较小,基底剪力较小,塑性铰少,两种结构均具有良好的减震效果;在普通地震动作用下,错层隔震结构相比于层间隔震结构层间位移减小、基底剪力减小,其减震性能较层间隔震结构更优;错层隔震结构在不同长周期地震动作用下减震效果具有一定差异性,在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果稍优于层间隔震结构的,在远场类谐和长周期地震动作用下的减震效果稍劣于层间隔震结构的。在受远场类谐和长周期地震动影响的区域,错层隔震结构在设计时需对中部隔震层附近的核心筒予以充分关注。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

近断层地震动作用下变电站避雷器的地震响应分析

近断层脉冲型地震动相对于远场地震具有明显的长周期速度脉冲、上下盘效应和破裂方向效应,对结构的破坏作用很大.电气设备在目前的结构设计和分析中,仅限于常规地震,未考虑冲击性较强的近断层脉冲型地震作用.该文选取1999年台湾Chi-Chi地震和1994年Northridge地震中含有速度脉冲型记录的近断层地震和非速度脉冲型的近断层地震记录,采用时程分析法分析了避雷器在近断层水平地震作用下的抗震性能.结果表明,避雷器在含速度脉冲型的近断层地震动作用下的地震响应比无速度脉冲型的近断层地震动作用下的地震响应要大,在对避雷器设计及抗震性能进行分析时,应考虑速度脉冲型近断层地震动对电气设备的影响.     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析北大核心CSCD

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

超高层斜交网格筒体结构减震设计研究

以云南省某超高层斜交网格筒体结构为工程背景,对斜交网格筒体结构进行减震设计研究。通过在原斜交网格筒体结构设置黏滞阻尼伸臂桁架、在斜交网格斜撑位置附加黏滞阻尼支撑以及在上部分叉巨柱间设置黏滞阻尼器,形成斜交网格减震结构。分别对比研究了该减震结构的减震效果、不同地震输入方向下结构的附加阻尼比取值、阻尼器参数的优化以及减震结构在罕遇地震作用下的抗震性能。分析结果表明:斜交网格减震结构具有良好的减震效果;在罕遇地震下,该结构表现出良好的抗震性能。     

黏滞阻尼器在高烈度区框架结构中的应用

为了改善结构抗震性能,拟对高烈度区某中学框架结构食堂采用黏滞阻尼减震方案,运用ETABS对原结构和减震结构进行多遇地震下的弹性时程分析,对比减震前后层间剪力和位移的变化,以及阻尼器的耗能情况。接着采用PERFORM-3D对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究结构变形、构件性能以及阻尼器的耗能能力。结果表明:在安装黏滞阻尼器后,结构在小震、大震下的各项性能指标均能满足规范要求,且黏滞阻尼器能够正常工作并发挥耗能作用,使结构抗震性能得到了较大提升。     

某框架结构消能减震分析与设计

采用黏滞阻尼器对层间位移角不满足规范要求的某框架结构进行消能减震设计,对比分析了多遇与罕遇地震下减震结构与非减震结构的地震响应,分析结果表明:1)多遇地震下,消能减震结构的层剪力较原结构减小40%以上;层间位移角远小于规范要求,具有良好的抗震性能及减震效果。等效附加阻尼比平均值为:X向13.82%和Y向20.63%,乘以安全系数0.7后分别为9.67%和14.44%,满足附加4%阻尼比的性能目标;2)罕遇地震作用下,结构层间位移角最大值仅为1/111,满足"大震不倒"的设计要求。大量框架梁先后进入屈服,竖向构件基本未进入屈服,实现了"强柱弱梁"的屈服机制;3)多遇地震、罕遇地震下,黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗散了大量地震输入结构的能量,有效提高了结构的抗震性能与安全储备。     

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究.考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响.研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响.     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

黏滞阻尼器加固大空间混凝土框架结构振动台试验研究

为研究大空间混凝土(LRC)框架结构消能减震加固效果及其抗震性能，基于已完成的1∶6缩尺无控LRC框架结构模型试验，开展同加载历程下另一设置黏滞阻尼器(VFD)的相同减震框架结构模型振动台试验。通过对比分析两个模型破损特征、动力性能、加速度与位移响应等，定量获取增设VFD后减震结构相比无控结构抗震性能的提升水平，揭示不同地震作用下LRC框架中VFD发挥的实时减震效果，重点研究减震加固技术对LRC框架结构中薄弱部位响应的影响规律。试验结果表明：减震模型较非减震模型层间位移得到有效控制，罕遇地震作用下结构最大层间位移角由1/102降至1/194;试验过程中阻尼器的工作性能良好，随着地震激励升高，黏滞阻尼器出力逐渐增大，阻尼器实际最大出力达设计极限值的88%。