近断层滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响

利用开源有限元平台OpenSees,建立一个20 m长的土柱模拟自由场地的地震响应.通过分析近断层滑冲效应脉冲地震动作用下场地产生的变形、应力,结合其地震动持时,衡量滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响.研究表明,滑冲效应脉冲地震动由于其独特的脉冲特性,较无脉冲地震动使土柱产生更大的孔隙水压力比、循环应力比,相应的等效循环周数值也较大,这三方面共同增大了场地发生液化的可能性.滑冲效应脉冲地震动产生的高孔压持续时间较短,使液化后的变形量较小.     

上盘效应对工程结构位移反应影响分析

在断层附近的一定区域内,受到上盘效应等因素影响的地震动将显著改变结构的动力响应.针对上盘效应及与其相对的下盘效应对结构弹性及非弹性位移反应的影响进行研究.结果表明,上盘效应对(结构绝对位移的增大作用)在短周期段显著,下盘效应的增大作用在长周期段显著.尽管上盘地震动加速度峰值普遍较大,但其相对非弹性位移仅在长周期段大于下盘地震动,在短周期及中等周期段均较下盘地震动小.与远场地震动相比,在某些情况下受上盘和下盘效应影响的地震动将引起大的结构相对非弹性位移,因此将现有经远场地震动得出的相对非弹性位移关系用于近场区结构的性能评估会得到不安全的结果.     

断层破裂过程对减隔震桥梁地震反应的影响

为了研究断层破裂过程对减隔震桥梁地震反应的影响,提出利用相位特性模拟方向性效应的改进随机格林函数法. 以1994年美国北岭地震的断层条件为例,通过与实际地震记录对比验证模拟方法的有效性;应用改进的随机格林函数法模拟相同震中距离的4组地震动时程作为输入条件,比较断层破裂过程对相同震中距离、不同方位的减隔震桥梁地震反应影响. 结果表明,利用持时包络曲线与相位差分分布的相似性可以方便模拟随机格林函数的地震动加速度时程;在相同震中距离条件下,断层破裂方向的观测点地震动以及对应位置的桥梁结构地震反应明显大于非破裂方向位置的观测点;当破裂方向上地震动时程不具有脉冲特性时,断层周围的减隔震桥梁地震反应主要受地震动强度的影响,桥梁方位的影响不明显.     

基于ICEEMDAN的近断层地震动识别方法改进

近断层地震动严重威胁重要结构的安全,然而地震动波形复杂导致近断层地震动识别困难,经典Baker识别方法因采用小波技术,而存在母小波与潜在脉冲差异过大,致使识别产生误差。针对该问题,利用具有自适应噪声的完全集成经验模式分解（ICEEMDAN）对Baker方法进行改进,改进方法利用白噪声对信号分解过程进行辅助,从而增强了信号分析方法对地震动这类复杂信号的应对能力。为提高改进方法的识别效率和质量,对太平洋工程抗震中心数据库中的3 655条地震动进行识别。结果表明,由于ICEEMDAN技术的加入改进后的地震动识别方法共识别出192条近断层地震动,比经典Baker方法则识别出的163条近断层地震动多识别出17.79%的近断层地震动。为进一步探讨识别出的近断层地震动的近断层特性,从地震反应谱和地震损伤入手进行分析,两种方式获得近断层地震动反应谱长周期反应剧烈、峰值周期高,有明显的近断层特征;在地震损伤方面,以一典型钢管混凝土拱桥为案例,对两种方式识别出的近断层地震动及远场地震动进行地震响应计算。结果表明,两种方法获得的近断层地震动有着极为相似的地震损伤规律,且均较远场地震动的损伤有明显的增加。综上...     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

长周期地震动脉冲特性对RC框架结构响应的影响研究

建立远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动的简化等效模型,以某12层RC框架结构为例,分析研究长周期地震动脉冲特性对结构地震响应的影响.结果表明:结构上部的层间剪力均随脉冲周期的增大而减小,脉冲周期对结构下部楼层剪力的影响规律不明显;楼层位移随脉冲周期的增大而增大;最大层间位移角所在楼层位置随脉冲周期的增大趋于下移;在远场类谐和地震动作用下的结构最大位移响应大于相同脉冲周期下的其他两种长周期地震动;结构最大层间位移角随远场类谐和地震动脉冲持时的增大而趋于增大,但其所在楼层位置不变.     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

近断层地震动的一种随机模型及其参数识别

近断层脉冲型地震动是一类特殊的破坏性地震动，但此类地震动记录数量匮乏，难以满足近场工程结构抗震分析需求。本文首先从PEER强震数据库中选取典型近断层脉冲型地震动记录，形成近断层脉冲型地震动数据库。然后，将基于小波包变换的随机地震动模型与速度脉冲模型相结合，建立了一种考虑竖向分量的脉冲型地震动随机模型。在此基础上，利用非线性规划方法进行了模型参数识别，并选取走滑断层和逆断层地震动记录各一条，将实际地震动与模拟结果进行对比，验证了模型有效性。结果表明：本文模型可对近断层区域的水平向及竖向地震动进行有效模拟，文中给出的模型参数识别方法可在时域上和频域上均获得与目标地震动相匹配的结果。     

基于行波效应飞燕式钢管混凝土拱桥地震分析

为研究大跨度飞燕式钢管混凝土拱桥在地震行波效应作用下损伤,以主跨280m飞燕式钢管混凝土拱桥为桥梁样本,以台湾集集地震动记录作为地震样本,采用数值模拟方法,对桥梁样本在地震动样本作用下损伤进行了研讨。为使行波效应在桥梁样本上更为显著,地震动样本选取含有较高长周期脉冲的近断层地震记录。结果表明：在一致地震作用下,桥梁样本满足设计抗震要求;在计入行波效应下,桥梁样本不能很好的符合“小震不坏”的设计原则;总体来说计入行波效应桥梁损伤会增加21%左右。     

基于移动平均分解的近断层地震动弹性反应谱研究

抗震设计规范中的设计反应谱是通过对大量的中、远场地震记录统计回归分析的结果,而近场地震记录因观测资料缺乏,导致对近场地震动的频谱特性考虑不够.近断层地震动有一些显著区别于远场地震动的特点,其中之一就是近断层地震动包含高频部分和低频脉冲部分.采用一种移动平均滤波器将近断层地震动分解为低频脉冲部分和高频部分,并采用这个方法分解了一些近断层地震动记录,同时研究了近断层地震动弹性反应谱的特性.结果表明,对于单脉冲记录,采用脉冲部分基本可以代表采用原始记录对结构的响应;对于多脉冲记录,因存在一个或多个次高峰,其脉冲部分不能有效代表原始记录对结构的响应,若仅考虑脉冲部分而忽略高频部分将对短周期结构相当不利.     

震源深度对地震动方向性特征的影响

为了定量分析地震震源深度对近断层地震动及其在地表的空间展布特征的影响,本文采用一个典型的走滑地震震源模型,基于离散波数有限元方法计算了5种不同震源深度工况下的地震动及其分布场,对地震动幅值、频谱和持时的方向性特征进行分析,结果表明：随着震源深度的增加,地震动的幅值降低,并且在破裂前方和破裂后方存在明显差异;震源深度不同,地震动的空间分布特征也不同;在地震动场中存在一个明显受到方向性效应影响和控制的区域,此区域的位置和面积随着震源深度变化而改变;在地震工程中预测地震动时,特别是当工程中需要考虑地震的近场效应时,震源深度参数是一个不可忽略的因素.     

近断层方向性效应地震动双规准组合反应谱

为了给近断层设计谱的确定提供新的方法和参考依据,考虑场地条件的影响,分析了53 条具有典型近断层方向性效应特征的地震动记录的双规准组合反应谱的特征．相比传统的地震动加速度、速度和位移反应谱,组合反应谱的谱值与地震动的幅值相关性更强;双规准组合谱具有更低的统计变异性．最后,给出了基于双规准组合谱特征的近断层区场地相关设计谱模型．     

汶川8.0级地震地震动峰值加速度衰减特性分析

利用汶川8.0级特大地震中107个台站所获取的强震动加速度记录进行回归统计分析,给出了此次地震的地震动峰值加速度衰减关系.将107个台站分为上盘区和下盘区两部分,其中77个台站属于上盘区,30个台站属于下盘区.对上/下盘区进行了详细的地震动衰减特性对比分析,主要包括两个区的水平向和竖向峰值加速度衰减关系、竖向与水平向峰值加速度比值变化以及是否存在上/下盘效应等,揭示了汶川地震近断层地震动一些特性.     

近断层地震作用下基于位移的抗震设计方法

近断层地震对建筑物常常造成严重的破坏,已引起了土木工程界的广泛关注.为研究其抗震设计方法,选择了35次地震,212组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的平均弹性位移反应谱,给出了近断层地震设计弹性位移反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性位移反应谱计算公式.又以一悬臂式桥墩设计为例,说明了近断层地震作用下基于位移的抗震设计过程.研究结果表明:文中提出的近断层地震设计弹性位移反应谱与实际地震波平均弹性位移反应谱较为接近,所建议的近断层地震作用下基于位移的抗震设计方法较为简单有效.     

近断层脉冲型地震动强度指标与高耸结构损伤关联性

为了研究近断层脉冲型地震动作用下适用于评价高耸结构抗震性能的地震动强度参数,基于加速度反应谱提出一种同时考虑结构周期延长和高阶振型效应的地震动强度指标。分别以120 m和240 m的钢筋混凝土烟囱结构为研究对象,使用OpenSEES程序,在近断层脉冲型地震动作用下,揭示了高耸混凝土结构的损伤指标(Park-Ang损伤指标、最大层间位移角、最大曲率、最大楼层加速度以及最大顶点位移)与37个地震动强度指标的关联性。研究结果表明：提出的地震动强度指标最适合用于预测高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震作用下发生的Park-Ang损伤;与速度相关的地震动强度指标表现出与高耸结构损伤指标的较高的相关性;随着结构周期的增大,位移型的地震动强度指标与损伤的关联性有增长的趋势;此外,地面峰值加速度在表征高耸结构变形破坏方面存在局限性,但是可以用来分析非结构构件的抗震性能。研究结论可为选择合适的地震动强度指标和损伤指标评价高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震动作用下的抗震性能提供参考。     

设置BRB的桥梁排架墩抗震性能参数分析

汶川大地震中,桥梁双柱式排架墩遭到了严重的破坏,其抗震问题被广泛关注。作者基于结构“保险丝”的损伤控制理念,在双柱式桥梁排架墩中设置屈曲约束支撑（BRB）,以提高横桥向的抗震性能。建立了考虑墩柱弹塑性、梁体与挡块碰撞和支座滑动效应的单个排架墩动力分析模型,通过输入远场地震动、具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层地震动进行非线性地震反应时程分析,研究了BRB与排架墩水平刚度比、水平屈服位移比、BRB布置形式和排架墩形式等参数对桥梁排架墩抗震性能的影响。结果表明：设置BRB能有效地减小规则和不规则排架墩的地震损伤,BRB与排架墩水平刚度比和水平屈服位移比的合理取值范围分别为0.5～2.0和0.5～1.5。     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

钢筋混凝土框架结构在近断层脉冲型地震动作用下的动力响应

基于现行的抗震设计规范设计了三层、六层和九层的钢筋混凝土平面框架结构.并对这些钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动和一般地震动作用下的动力响应进行了研究,研究发现:对于近断层地震的脉冲效应现行的抗震设计规范考虑不充分,结构的层间位移角并不能满足1/50的限制条件.因此建议不考虑地震调整系数,以此来保证结构在近断层地震作用下的安全.