基于耐震时程分析法的地下结构抗震性能评价

耐震时程分析法是基于给定的目标反应谱构造地震动强度随持时不断增大的人工加速度时程曲线,并用于工程结构非线性动力时程分析,有效反映结构从弹性进入塑性直至发生破坏的全过程,进而对结构抗震性能进行综合评价。为研究该方法在地下结构抗震性能评价中的适用性,以大开地铁车站为原型,建立土–地下结构相互作用有限元模型,基于中国抗震规范的设计反应谱生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择15条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了地铁车站的地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,并与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为地下结构进行抗震性能评价的一种新的高效率方法;此外,场地基本自振周期对应的加速度反应谱强度比输入地震动峰值加速度更适合作为预测地下结构地震响应的地震动强度指标。     

基于耐震时程分析法的高效地下结构地震易损性分析

为研究基于耐震时程分析法对地铁车站进行高效地震易损性分析的可行性，选取Ⅲ类工程场地中典型两层三跨地铁车站作为研究对象进行地震易损性分析。为反映所构造的耐震时程曲线具有所选天然地震记录的离散特性，借鉴IDA分析中分位数回归统计方法，分别以所选实际天然地震记录反应谱的16%,50%,84%分位值作为目标反应谱，各自构造3条人工耐震时程曲线作为有限元模型输入，并基于耐震时程分析结果与IDA结果绘制各级性能水准下的地铁车站地震易损性曲线。结果表明：在Ⅲ类工程场地中两种方法计算得到的地下结构各级性能水准地震易损性曲线吻合良好。因此，考虑输入耐震时程曲线离散特性的耐震时程分析法能够显著降低地下结构进行地震易损性分析过程中的非线性动力时程计算次数，并保证较高的计算精度；同时也验证了基于地震记录反应谱的分位值构造一系列具有离散特性耐震时程曲线进行易损性分析的思路是可行的。     

地震动持时对核岛结构设计地基场地非线性地震响应影响分析

选取AP1000核岛结构标准设计地基的5种场地参数,开展了场地非线性地震反应的计算分析。计算分析中,以不同的地震动输入界面作为计算基底,并分别以不同持时的人工地震动加速度时程作为输入地震动。计算结果显示:对于硬岩和软岩场地,计算基底输入地震动持时对场地地表峰值加速度和加速度反应谱的影响可忽略不计;对于土层场地,长持时输入地震动的场地地表峰值加速度和高频段的(约大于10 Hz)加速度反应谱明显大于短持时的计算结果,考虑到地震动持时也可能对非基岩核电厂抗震设防产生一定影响,进一步开展研究十分必要。     

基于ETM的钢筋混凝土框架结构抗震分析

ETM是通过对结构输入一条随着时间增加,地震动强度不断增大的地震动加速度时程曲线,进而分析结构从弹性响应到倒塌状态的整个过程。本文基于ETM合成了三条符合我国抗震规范反应谱的耐震时程加速度曲线,并对其反应谱进行了误差分析。使用SAP2000建立一个六层钢筋混凝土框架结构弹塑性模型,并对模型塑性铰设置的可靠性进行验证,最后对结构进行耐震时程分析和增量动力分析,对比分析两种方法得到的最大顶点位移、最大层间位移角、最大基底剪力等结构响应结果。结果表明,合成的耐震时程加速度曲线合理可靠,模型符合分析要求,耐震时程法能较好的预测结构的地震响应,其分析结果与增量动力分析基本吻合,且计算效率高。     

建筑结构抗震性能化设计的地震动参数与地震动记录选取北大核心CSCD

地震动参数的确定以及地震动记录的选取和调整,是建筑结构抗震性能化设计的核心问题之一。我国的地震动参数选取存在不协调,对地震动记录选取和调幅的规定也较笼统。针对有效峰值加速度(EPA)和峰值地面加速度(PGA)的关系进行了统计分析,给出了各场地条件下二者的回归关系,分析了EPA的两种定义,发现时程分析所用地震加速度时程的目标EPA和PGA值相差不大,可直接将EPA目标值作为PGA的目标值,对地震动加速度时程曲线进行线性调幅。给出了将抗规设计谱作为目标谱挑选地震动记录的流程,分析了不同调幅方法对选波结果的影响,给出了选波和调幅建议。分析了三种场地相关谱,给出了目标谱的选择建议,为《建筑结构抗震性能化设计标准》(T/CECA 20024—2022)中的相关条文提供了理论依据。     

考虑强度包线影响的人造地震动研究

利用多峰点强度包线模型——Amin和Ang模型,并采用基于谐波叠加的人造地震动技术,以随机数为初始相位,不断变化强度包线模型参数,以Ⅰ类场地为例,研究拐点时间t1,t2及下降系数C对反应谱和相应人造加速度时程曲线的影响。研究表明:①反应谱拟合的速度与精度伴随强度包线平台长度的增加而提高;②人造地震动加速度时程曲线的平稳段长度随强度包线平台长度的变化而变化;③如果固定强度包线拐点时间,强度包线衰减段下降系数只影响加速度时程曲线衰减段的形状;④精度高的反应谱拟合并不意味着所得人造地震动加速度时程曲线一定合理。     

基于小波函数的地震动反应谱拟合方法

提出一种改进的基于小波函数的地震动反应谱拟合方法,该方法通过调整给定地震动加速度时程,使其反应谱以一定精度拟合目标谱。首先,构造一种用于校正的增量加速度小波函数,该函数具有两个特点:①在反应谱的某个固定控制周期点处,对该函数进行时移和线性调幅处理后,将其叠加在初始地震动时程上,所得地震动时程在该控制周期点处的反应谱值与目标值精确相等;②由该函数积分得到的增量速度和增量位移曲线不出现基线漂移,从而保证将其叠加在初始地震动上不会产生附加的基线漂移。其次,基于该小波函数,提出迭代调整方法,以消除反应谱不同控制周期点之间的耦合效应,实现对整个目标谱的拟合。数值算例表明,该方法合成的地震动时程不仅能够以较高的精度拟合目标谱,而且能够保留初始天然地震动的基本特征,从而能够确保结构地震反应分析结果的合理性与可靠性。此外,该方法具有较快的收敛速度,能够通过有限几步迭代调整实现较高的拟合精度。     

地下地震动工程特性分析

为考察地下地震动的工程特性,选取美国加州强震观测计划(CSMIP)6个土工台阵的120条三分量地表和地下地震动为数据基础,分别对水平向和竖直向地震动的加速度幅值,规准反应谱,双规准反应谱,傅立叶谱,持时等工程特征进行了研究。结果表明,地震动加速度幅值随深度的增加而减小,在浅层的变化速度较快。规准反应谱明显受到场地条件和深度的影响。而不同场地不同深度不同分量方向的双规准反应谱之间差别甚小,双规准反应谱比规准反应谱表现出良好的一致性。最后,讨论了土层/基岩场地上台阵地震动的傅立叶幅值谱和地震动持时沿深度变化的特点。本研究揭示了地下地震动的一些工程特性,可以为地下工程结构的抗震设计提供参考依据。     

设计用地震动总输入能量谱研究

地震动总输入能量的确定是基于能量的设计方法首先要解决的关键问题。本文以单自由度弹性系统为研究对象,分析了地震动三要素和结构自身参数对输入能量谱因素的影响。结果表明,地震动幅值、频谱特性和强震持时都对能量谱值有较大影响,其中频谱特性还影响能量谱峰值出现的结构周期段;结构阻尼比的增大能有效降低能量谱峰值。通过输入160条国内外历次地震中不同场地上的地震动记录,总结能量谱曲线形状规律,提出了设计用三段式简化能量谱曲线。给出了地震动记录所属场地类型的划分标准,建议了确定能量谱峰值的不同场地条件地震动频谱特性V/A和强震持时tD的取值,采用标准化方法提出了4类场地条件的设计用能量谱曲线峰值及其它参数的计算式,给出了结构设计总输入能量计算过程。算例分析结果表明,该输入能量谱形式简单、计算方便,结果安全可靠。     

微差爆破引发黄土场地强地面运动特征研究

 通过在黄土高原地区典型震陷性黄土场地实施的微差爆破试验,分析研究爆破引发地震动的时程特征、衰减规律和频谱特性。研究结果表明,微差爆破引发的黄土场地强地面运动具有瞬时较大地震动峰值加速度(PGA)和较短持时的基本特征;有效持时是影响震源设计效果的主要因素,爆破地震动具备持时任意接续特征,利用简单接续即可获得持时较长、频谱特征保持一致的合成时程,该时程对测试不同土体(结构)动力响应特征更为有利。随着距场地中心渐远,地震动频谱响应皆有减弱趋势,频率越高减势越明显;同时,频谱H/V值逐渐增大,反映了水平分量与垂直分量之间能量比值的变动关系。爆破的冲击型能量累积过程中,引发强地面运动的低频能量逐渐丰富,与实际地震动特征渐趋相近。     

Predicting probabilistic distribution functions of response parameters using the endurance time method

The main objective of this study is the development of endurance time (ET) excitations in order to take structural response uncertainty into account for use in performance‐based earthquake engineering. There are several uncertainties in earthquake engineering, including earthquake occurrence, structural response, damage, and loss. In the current research, structural response uncertainty is directly included in the ET method, which is an analysis method used for performing structural behavior assessment under seismic actions. Conventional practice of the ET method does not provide any information about seismic response distribution. Despite the simplicity of the ET method, it is an accurate dynamic analysis approach in which structures are subjected to predesigned intensifying acceleration functions, also known as ET excitation functions (ETEFs). In this study, the ETEF generating procedure is modified in order to include the exceedance probability of structural responses observed at an intensity measure. This proposed method is applied to generate new ETEFs; then they are utilized in assessing distribution responses in three structure case studies. Finally, response distributions obtained by the ET method are compared with incremental dynamic analysis so as to investigate the proposed method efficiency. Results show that response probabilistic distributions that are predicted using the ET method match those obtained by incremental dynamic analysis.     

土–地铁动力相互作用体系侧向变形特征研究

针对现有地下结构抗震分析方法用于地铁大型地下结构的可行性研究明显不足问题,根据中国抗震规范的相关规定设计了常见的3种场地类别,考虑输入地震动特性及其强度,通过84种有限元计算工况,分析了土–地铁地下结构非线性动力相互作用体系的侧向变形特征。结果表明,在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3个场地类别条件下输入加速度峰值较大时(0.3g和0.4g),或者场地类别为Ⅳ类时即使输入很小地震动峰值加速度时,土与结构相互作用系数均小于1,即大型地铁地下结构侧向土体总是"推着"地下结构产生最大相对变形,此时地铁地下结构周围土层的大变形将对地下结构抗震造成不利的影响。反之,将会出现地铁地下车站结构侧向最大变形大于等代土体单元的侧向变形,即地下结构的动力变形将受到周围土层的约束作用,此时将对地下结构的抗震起到有利作用。同时,也给出了场地类别和输入地震动特性对土–地铁地下结构相互作用系数的影响规律。     

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险; 相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大; 随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。     

动参数对三维洞室动态特性的影响分析

尝试用FLAC有限差分软件对横震动荷载下三维洞室的一些动态影响因素(幅值、频率、持续时间等)进行了模拟,并进行了三维动力特性分析,初步了解不同影响因素地震动荷载下的洞室动态特性规律。同时初步分析结果表明,在横震荷载作用下,洞室位移随振幅、持续时间的增加而增大,洞室位移随频率的增加先增加后减小。分析有助于我们增加对动荷载下地下洞室围岩的变形和破坏机制的认识。     

某大型地下停车场强地震反应数值模拟分析

近年来全球范围内的地震灾害表明,地下结构在强地震作用下并没有预料的安全,针对铁路和公路隧道、地铁车站和区间盾构隧道的抗震设计研究已经有一定的基础,而对于大型公用地下工程如地下停车场、地下变电站、地下商场等的研究并不多,对此类地下结构的抗震性能研究意义重大。本文在地下结构的震害和岩土非线性动力计算方法研究的基础上,采用数值方法,对某大型地下结构进行了完全非线性地震动力时程分析,采用二次开发的土体非线性动力本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性。采用100年超越概率2%的强地震波作为地震动输入,对某大型地下停车场的地震反应进行了分析,重点分析结构的内力发展过程,并与三维等效地震荷载法计算结果进行对比。数值模拟结果能够合理地计算地下结构的内力和变形,能够很好地标识出地下结构的薄弱部分,对地下结构的抗震设计有很好的指导作用,可以为其他大型地下结构抗震计算的参考。     

框架核心筒结构抗震性能分析研究

文以某框架核心筒结构为工程背景,用有限元分析软件NOSACAD建立结构分析模型,对结构进行7度多遇和7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析.研究框架剪力墙结构的动力特性及在不同烈度地震作用下的加速度反应、位移反应、及层间位移反应等.根据模型结构破坏情况分析结构的薄弱部位和破坏机理,评价结构抗震性能和设计合理性.     

Seismic design and analysis of underground structures

Underground facilities are an integral part of the infrastructure of modern society and are used for a wide range of applications, including subways and railways, highways, material storage, and sewage and water transport. Underground facilities built in areas subject to earthquake activity must withstand both seismic and static loading. Historically, underground facilities have experienced a lower rate of damage than surface structures. Nevertheless, some underground structures have experienced significant damage in recent large earthquakes, including the 1995 Kobe, Japan earthquake, the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake and the 1999 Kocaeli, Turkey earthquake. This report presents a summary of the current state of seismic analysis and design for underground structures. This report describes approaches used by engineers in quantifying the seismic effect on an underground structure. Deterministic and probabilistic seismic hazard analysis approaches are reviewed. The development of appropriate ground motion parameters, including peak accelerations and velocities, target response spectra, and ground motion time histories, is briefly described. In general, seismic design loads for underground structures are characterized in terms of the deformations and strains imposed on the structure by the surrounding ground, often due to the interaction between the two. In contrast, surface structures are designed for the inertial forces caused by ground accelerations. The simplest approach is to ignore the interaction of the underground structure with the surrounding ground. The free-field ground deformations due to a seismic event are estimated, and the underground structure is designed to accommodate these deformations. This approach is satisfactory when low levels of shaking are anticipated or the underground facility is in a stiff medium such as rock. Other approaches that account for the interaction between the structural supports and the surrounding ground are then described. In the pseudo-static analysis approach, the ground deformations are imposed as a static load and the soil-structure interaction does not include dynamic or wave propagation effects. In the dynamic analysis approach, a dynamic soil structure interaction is conducted using numerical analysis tools such as finite element or finite difference methods. The report discusses special design issues, including the design of tunnel segment joints and joints between tunnels and portal structures. Examples of seismic design used for underground structures are included in an appendix at the end of the report.     

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。     

框架结构静力弹塑性分析方法与非线性动力分析方法的对比

介绍了静力弹塑性(Pushover)和非线性动力基本分析方法和原理,为了探讨两种方法下结构分析的差异,对一按现行抗震规范设计的8层钢筋混凝土结构进行了3条地震波作用下的时程分析和5种侧向加载方式的静力弹塑性分析。通过结果的比较,提出对现行规范反应谱中长周期结构罕遇地震作用取值修改的建议。修改后,由两种方法分析所得到的结构在大震下的顶点位移、基底剪力、楼层位移和层间位移等结构反应非常接近。     

新建减震结构优化设计方法

基于隔震理论提出减震结构优化设计方法,对某8度区11层框架结构进行了减震设计,通过附加粘滞阻尼器达到设防目标,根据振型分析调整隔震层层高,使安装阻尼器楼层位置降低至底部2层;将选取的7组加速度时程曲线分为4种工况,采用ETABS对减震结构进行了多遇地震作用下的时程分析,比较了各工况下阻尼器耗能总量和最大层间位移角。研究结果表明:将主体结构与减震装置看作有机整体对减震结构进行设计可取得较好的减震效果;将隔震层主体结构抗侧刚度作为减震装置设计参数,使隔震层基本周期与场地特征周期相等可取得最佳减震效果。