近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应

越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。     

近断层地震动作用下大跨度曲线刚构桥台阵试验研究

为了研究近断层地震动对大跨度曲线刚构桥抗震性能的影响,以某一大跨度曲线刚构桥为原型,设计制作1/40缩尺比例模型,选取同一地震中的近断层地震动记录和远场地震动记录,利用多子台积木式模拟振动台台阵系统,完成了横向、纵向、横向+纵向一致输入及行波输入的对比试验。研究结果表明:近断层地震动中所含的速度脉冲会对曲线刚构桥的动力响应产生显著影响,并且行波效应会进一步提升其对结构响应的放大作用;近断层效应的放大作用对刚度较大的结构或者结构某一个方向更为明显,而行波效应对结构的影响主要取决于由多点激励所激发的高阶反对称模态;与直线桥相比较,曲率半径会增大曲线梁桥的水平刚度,从而使近断层效应和行波效应对曲线桥的动力响应产生更不利的影响。因此,在靠近断层的区域遭受同样的地震作用,曲线梁桥将产生更为严重的破坏,建议在抗震设计中应特别注意处于断层附近的曲线桥结构。     

Nonlinear seismic assessment of isolated high-speed railway bridge subjected to near-fault earthquake scenarios

Abstract

An iterative framework is introduced in this present study to detect seismic isolation precursors of the shortcut calculation method for the isolated benchmark high-speed railway RC bridge. The spatial finite element (FE) analysis model of a benchmark isolated high-speed railway reinforced concrete (RC) bridge system under high-speed railway vehicles is set up based on the equivalent linear method. The vehicle with two bogies is assumed to be represented by a 3?D discrete rigid multi-body system with 23 degrees of freedoms (DOFs). The present study compares the nonlinear seismic response of a high-speed railway bridge with and without isolation bearings. Numerical results demonstrate that the isolation system with the optimal parameters can simultaneously reduce the deck displacement and the internal force of the isolated railway bridge under near-fault (NF) ground motions with various peak accelerations and peak velocity ratios, to ensure the adequate isolation efficiency of isolated structures. Specifically, the study shows that the seismic response of the seismically isolated bridge (IB) and the running safety indexes of the train are primarily dominated by the contents around the fundamental frequency of the train-bridge system subjected to the earthquakes.     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

近断层地震作用下层间隔震结构弹簧软限位分析

近断层地震作用下,层间隔震结构隔震层会产生较大位移,易造成上部结构的侧向倾覆失稳或支座损坏。采用软碰撞限位器对隔震结构进行保护,利用有限元软件SAP2000对一栋8层钢筋混凝土框架结构输入罕遇烈度近断层地震波,分析隔震层设置在1层、4层、7层时隔震结构的限位动力响应,研究了软限位装置的预留距离、限位刚度对隔震层和结构动力响应的影响。     

近断层水平-竖向地震作用下基础隔震结构的动力响应

基础隔震技术在目前的结构分析和设计过程中,对于冲击性较强的近断层地震作用考虑甚少,特别是竖向分量考虑更少.通过选取1999年台湾集集地震中,含有完整水平与竖向地震分量的近断层记录、远场地震记录以及断层附近非脉冲型地震记录作为地震输入,分析基础隔震结构在近断层水平-竖向地震分量共同作用下的动力响应,以及隔震支座的受力状态...     

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩地震反应分析

为讨论摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）桥墩在近断层地震动下的地震反应,基于OpenSees数值分析平台建立了RSC桥墩抗震分析模型。同时建立了普通钢筋混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,配置竖向无粘结预应力筋（Unbonded Prestressed Reinforced Concrete,PRC）桥墩的抗震分析模型作为对比。对各模型输入近断层地震动记录,进行增量动力分析。以墩顶最大位移角、残余位移角、预应力筋最大应力为考察目标,对比分析了不同墩高（剪跨比分别为2、4和6）、不同桥墩类型（RSC、RC和PRC桥墩）时各桥墩的地震反应。结果表明：随着耗能钢筋配筋率增加,RSC桥墩墩顶最大位移角和预应力筋最大应力均减小;RSC和PRC桥墩均可有效减少桥墩震后残余位移角。耗能钢筋配筋率与PRC桥墩纵筋配筋率接近的RSC桥墩,两者的最大墩顶位移角、残余位移角和预应力筋应力水平均接近。无论是RSC桥墩还是PRC桥墩,当剪跨比大于等于6.0时,易发生预应力筋失效。为避免预应力筋失效引起RSC桥墩产生过大的墩顶残余变形,RSC桥墩中耗能钢筋配筋率不宜低于0.75%。     

速度脉冲型地震动瞬时输入能特性研究

近断层地震动最显著的特点是由方向性效应和滑冲效应引起的脉冲型地面运动。通过建立单自由度体系瞬时输入能计算模型,输入速度脉冲地震记录进行了弹塑性时程分析,计算出地震动对结构的瞬时输入能量,研究了具有速度脉冲型地震动这种荷载形式的瞬时输入能特性及与结构最大位移反应的关系。研究结果表明,对于12次强地震动中109条具有速度脉冲的地震记录,输入结构的最大瞬时输入能总处于速度脉冲发生位置,说明速度脉冲波形对地震动最大瞬时输入能具有决定作用,并由最大瞬时输入能量与结构最大位移反应的对应关系,验证了近断层地震动对结构的破坏作用与速度脉冲有关。此外,与无速度脉冲地震动相比,具有速度脉冲会增大长周期结构的瞬时输入能,并且输入结构的最大瞬时输入能随地面峰值速度(PGV)和峰值加速度(PGA)的比值增大而增大。     

近断层地震作用下斜拉桥黏滞阻尼器参数简化设计方法

黏滞阻尼器是漂浮体系斜拉桥常用的减震耗能装置,但传统的阻尼器参数设计需要通过反复的非线性有限元时程计算来确定,这种方法不够简便有效。本文根据近断层地震的脉冲特点以及斜拉桥动力特性,通过建立斜拉桥的双质点模型的运动微分方程,推导出近断层脉冲作用下的动力反应计算公式;并基于等效线性化方法,得到非线性黏滞阻尼器参数与等效阻尼比的关系,从而利用主梁目标位移反向确定所需设置的黏滞阻尼器参数;最后通过一座斜拉桥实例验证本文方法的正确性,并提出了黏滞阻尼器参数设计简化方法的流程。     

不同层隔震结构在近断层地震作用下动力响应分析

选用天然橡胶支座(LNR)与铅芯橡胶支座(LRB)作为两栋8层钢筋混凝土结构的隔震装置,对其分别输入172条近断层地震波,计算隔震层设置在基础或以上每一层时隔震结构的动力响应,分析近断层地震动对不同层隔震结构动力响应的影响。分析结果表明：隔震结构输入能量小于非隔震结构输入能量,LRB隔震结构的输入能量小于LNR隔震结构的输入能量;随着隔震层的上移,隔震支座位移减小,顶层最大加速度增大。近断层地震动特征参数与不同层隔震结构动力响应参数均存在相关性,但相关程度不同。隔震结构设计要根据建筑结构动力响应的需求,同时考虑隔震层位置与地震动特征参数的影响。