基于V/H的竖向地震动加速度反应谱研究

我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定竖向地震影响系数的峰值取相应水平向的0.65倍.本文收集美国中西部地区三分量强震数据记录292组共584条,研究了竖向地震动加速度反应谱V与水平向地震动加速度反应谱H的谱比值,以及谱比值随自振周期的变化规律.主要考察了震级、震中距、场地类别和阻尼因素对谱比V/H的影响,研究震级、震中距、场地类别和阻尼因素下的平均谱比曲线形状,并与抗震规范规定的0.65进行比较,提出修改建议,建议谱比值取考虑各因素影响的建议式,研究过程中,验证了所收集强震记录的可用性及研究成果的可信性.     

中硬场地地震影响系数谱的概率保证

我国抗震规范中采用的是地震影响系数谱,从概率上来研究规范反应谱具有重要意义.采集中硬场地上205条地震记录,研究了反应谱的概率分布模型,并运用K-S检验进行了验证.通过统计分析获得了对数正态分布,研究了规范反应谱的概率保证,发现规范反应谱在某些区段的概率保证仅有20%-30%.在加速度、速度和位移控制段获得不同概率保证的谱曲线,并对规范反应谱进行了调整,依据规范反应谱的形式运用最小二乘法对得出的谱曲线进行了拟合,拟合效果较好.     

基于双规准反应谱的抗震设计谱

以千余条水平分量地震动记录为数据基础,考虑场地条件,距离和震级的影响,对地震动的加速度规准反应谱和双规准反应谱进行了研究.规准反应谱明显受到场地条件,距离和震级的影响,但场地、距离和震级影响下的平均双规准谱之间却表现出良好的一致性,基于此建议了统一的双规准设计谱模型.考虑阻尼比的影响和与现行规范设计谱的衔接,建议了可供工程设计参考使用的抗震设计谱,并与现行规范设计谱进行了比较.     

场地条件对抗震设计反应谱最大值的影响

本文利用日本KIK-NET台网85个台站242组强震记录,按照我国2001抗震规范进行场地分类,分别计算每个场地地下基岩与地表阻尼比为5%的加速度反应谱,并按照地下基岩输人地震动PGA的大小分为四个区间,研究每个区间场地条件对地表加速度反应谱的影响:Ⅱ类场地在短周期对地震动的放大作用最大,Ⅲ类场地次之,I类场地最小.结果表明反应谱最大值应随场地类别进行调整,最后给出了不同类别场地设计反应谱最大值的场地系数建议值.     

汶川地震竖向地震动衰减关系

为系统研究汶川地震的竖向地震动特征,回归出了汶川地震的竖向地震动衰减关系.在此基础上,分析场地效应和上/下盘效应对竖向地震动的影响；分析竖向加速度反应谱（a_PS,阻尼比0.05）的特征,并提出一个简单的竖向设计反应谱；利用竖向和水平向地震动衰减关系直接得到地震动竖向与水平向比（V/H）的关系,分析不同距离不同周期V/H的特征.结果表明:竖向地震动受场地效应和上/下盘效应的影响；竖向反应谱和水平向反应谱在卓越周期、特征周期、峰值的震荡周期跨度及下降段的衰减速率都存在较大的差异；V/H离散性较大,且在不同周期不同距离表现出完全不同的特征,而V/H的场地效应和上/下盘效应是由竖向和水平向地震动的场地效应和上/下盘效应的强弱不同造成的；加速度反应谱的V/H呈现出两个极值的“马鞍型”,但在不同距离具有不同的特征,近场最大极值出现在高频段（t<0.1 s）,而远场最大极值出现在低频段（t>1 s）.中国未来一段时间竖向地震动的研究到应用的过程一方面可以不断完善竖向设计反应谱,另一方面可以考虑利用V/H的关系求关键点的强度.     

汉口地区长周期设计地震反应谱

从分析汉口地区所处的地震地质环境与场地岩土条件入手,考虑不同震级的潜在地震对场地长周期加速度反应谱的贡献,强调强地面运动记录长周期信号的可靠性,选用了102条水平向强地震动加速度记录.通过统计分析强震记录的平均加速度反应谱,建立了适用于柔性结构抗震设计的长周期地震加速度反应谱.     

中外抗震规范场地对设计反应谱影响的对比分析

本文通过对我国与美国、欧洲及台湾等国家(地区)抗震设计规范关于场地对设计反应谱影响的对比分析,发现美国、欧洲及台湾抗震设计规范均采用两个场地系数,分别考虑在短周期和长周期段场地对设计反应谱的影响,而01抗震规范仅在长周期段采用特征周期考虑场地对设计反应谱的影响,在短周期未考虑.本文还指出了01抗震规范设计反应谱需要进一步研究和完善的一些内容.     

房屋抗震设计的竖向地震动反应谱研究

在建筑结构设计中,为了保证结构安全可靠,都要考虑地震荷载.破坏性地震之后,通常把造成建筑物损害的直接原因归因于竖向地震动.文中以国内外多次地震的竖向地震动加速度记录为数据基础,总结竖向加速度反应谱特征,通过对竖向反应谱特征的分析,给出竖向地震动反应谱,为工程结构的抗震设计提供理论依据.     

竖向地震反应谱

本文首先简要地综述了反应谱与竖向地震问题的若干情况,然后对收集到的203条美国的、40条国内的、14条日本的竖向加速度反应谱进行了综合的统计分析.通过竖向、水平向反应谱的全面比较,搞清了竖向反应谱的频谱特性,考察了震级、震源距、场地条件等几种因素对竖向反应谱值的影响,并提出了看法.统计所得的三种不同场地上的竖向标准反应谱可供工程抗震设计使用. 本文是在中国科学院工程力学研究所陈达生副研究员指导下完成的,并得到了王光远教授的关怀与指导.     

反应谱特征周期的统计分析

特征周期是反应谱的重要参数,是工程抗震设计的关键参数,但物理意义不明确、涉及因素多、结果离散,研究成果相对较少.从反应谱的本质出发,提出了反应谱特征周期的概率法.搜集近期1491条地震记录,采用概率法（97%）和美国FEMA-450（2003）法,以中国抗震规范特征周期分类为依据,研究了反应谱特征周期的统计规律.研究表明：概率法从面积比确定特征周期,力学概念明确,确定标准统一,与美国FEMA-450（2003）法有较好的一致性;近期地震波的特征周期分布特征表明,抗震规范规定的不同场地、不同地震分组的特征周期区段,地震记录数量不同,长周期效应不容忽视.特征周期与震级、场地类别和震中距的关系复杂且离散,特征周期呈区间分布规律,分布区间值较大,区间内部定量关系仍较难确定.特征周期与震级、场地类别和震中距的相关性不明显,反应谱特征周期按场地类别、震中距（地震分组）确定,存在不确定的风险,美国抗震规范以反应谱参数直接确定特征周期的方法,抗震规范修订时值得借鉴.     

震级、震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析

选取世界各地的地震记录共324组,研究了竖向与水平反应谱的比值(V/H)、反应谱峰值周期(Tp)、动力放大系数最大值(βmax)、地震影响系数最大值(αmax)和2水平向峰值周期的差值(△Tp)等参数,以及这些参数与场地类别、震级和震中距的关系．结果表明:1)现行规范中V/H=2/3基本符合实际情况的;2)竖向Tp 略小于相应水平Tp;竖向Tp随震中距和震级增大,场地类别的影响不明显;3)αmax随震中距的增加而减小．当震中距离比较大时,场地条件对αmax值的影响不明显;4)2个水平向反应谱的特征周期存在一定差异,随震级的增大这一差异有增大的趋势．     

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_MF)模型。基于S-net台网的5 680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_MF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱D_MF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_MF影响显著,低阻尼D_MF随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_MF随之增大而降低,而D_MF受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_MF略大;谱周期大于0.1 s时和小于0.1 s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_MF的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_MF模型与陆域模型差异显著,海域D_MF模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_MF模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。     

抗震反应谱场地放大系数的研究

通过对美国西部715条水平强震观测数据分析,按照场地条件、震级、震中距3个因素分组,以Ⅱ类场地峰值加速度PGA作为地震动强度,取有效峰值加速度EPA(阻尼比为5％时,0.1～0.5s范围内加速度反应谱平均值除以2.5)作为计算标准,统计得出场地放大系数.结果表明,在同一地震强度下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的场地放大系数依次增大;在同一场地条件下,场地放大系数随着地震动强度的增大呈减小的趋势.在统计结果基础之上,提出了适用于我国抗震规范的场地放大系数建议值及其应用方法,可供GB 50011-2010抗震规范修订时参考.     

中欧标准关于钢结构地震作用的对比

对比了中欧抗震标准中有关钢结构抗震设计的若干条文,包括抗震设防目标、场地分类、抗震设计反应谱及抗弯框架结构的设计地震作用。结果表明：在对场地条件以及地震作用的计算方法进行一定换算的基础上,对于D类场地下不超过50m的工字形截面抗弯框架结构,欧洲抗震标准中柱的设计地震作用基本上要高于GB50011—2010,梁的设计地震作用基本上要比GB50011—2010低10％～40％。     

消能减震在基于性能的抗震设计中的研究

消能减震设计是基于性能抗震设计的一个实现手段,它是传统的抗震设计的深化,代表了未来抗震设计的发展方向.通过对结构体系的动力计算模型的分析,得出阻尼比对结构的影响至关重要,以简化的方法计算结构的等效阻尼比.通过算例,对钢筋混凝土规则框架进行基本性能目标与重要性能目标的消能减震时程分析.实例分析证明,安装阻尼器后的结构,位移、加速度和层间位移角明显减小,并从投资效益方面作了对比,说明消能减震技术具有较大的实用性.     

抗震设计反应谱的动力放大系数

我国现行抗震设计规范（GB50011-2010）动力放大系数βmax值为2．25,且βmax取值只考虑了场地因素,未考虑震级、震中距的影响。本文利用美国西部726条水平强震记录,从场地、震级、震中距三因素入手,考虑单一因素和多因素不同组合对βmax的影响。结果表明,考虑不同因素,统计结果有一定的差异,而仅考虑场地因素时,统计结果与目前规范取值非常接近。综合考虑各种组合情况,考虑场地、震中距、震级因素组合更能代表目前地震动的认识水平。在统计结果基础之上,建议βmax取值为2．50。     

超烈度的柱顶隔震结构抗震性能分析

对实际底层柱顶隔震结构的抗震性能及其底层结构安全性进行分析,应用有限元软件Perform 3D建模,进行动力弹塑性时程分析。结果表明:在设防烈度7度(0.15g)中震作用下,楼层剪力大幅度减小;在超设防烈度8度(0.20g)大震作用下,上部结构层间位移角最大值为1/327,而底层结构最大值为1/913,楼层加速度反应减震率在68.4%~84.9%。分析进一步表明:隔震结构抗震性能可以满足超设防烈度(半度)要求,显著提高了抗震性态水平,抗震设防目标高于抗震结构。更多还原