海底地震动对近海桥梁易损性影响

为研究海底地震动作用下桥梁的抗震性能,以某近海桥梁引桥段为例,利用ABAQUS软件建立其有限元分析模型。基于一维波动理论与流体动力学方程,利用谱表示法模拟海底地震动。采用概率性地震需求分析方法(PSDA)对桥梁进行易损性分析,分别绘制桥墩在海底和陆地地震动作用下的超越概率曲线并对比分析。结果表明:相对于陆地地震动,海底地震动会显著增加桥墩的损伤概率,最大增幅高达23.44%;同时,对比于陆地地震动,海底地震动作用下桥梁易损墩柱发生变化。可见,基于陆地地震动进行近海桥梁抗震性能研究会低估桥墩的损伤并错估桥梁易损部位,导致计算结果失准。     

近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

在加速度反应谱一致的前提下,研究了近断层速度脉冲的工程特性。首先,构造两组加速度反应谱一致的地震动时程:第一组时程为实际强震观测记录且含有明显的速度脉冲;第二组时程为以第一组时程的反应谱为目标谱合成的模拟地震动时程,在合成过程中,利用窄带时程叠加法,通过控制峰值速度可以使得这些时程不再含有速度脉冲。其次,通过分析钢筋混凝土框架结构在这两组输入地震动作用下动力响应的差异,研究了在加速度反应谱一致的前提下,速度脉冲对结构地震反应、尤其是弹塑性地震反应的影响。分析结果表明:对于层剪力、层间位移、各层最大位移等结构动力响应参数,当结构地震反应进入弹塑性阶段后,与不含速度脉冲地震动作用下的反应相比,在含有速度脉冲的地震动作用下,结构的反应有较大幅度的增大,尽管这两组输入地震动的加速度反应谱相同;在这种情况下,加速度反应谱将不能充分地体现出速度脉冲对结构地震反应的影响。     

基于长周期地震动记录的SDOF体系能量谱探讨

为分析长周期地震动作用下结构的能量反应谱及其影响因素,本文从1985年墨西哥8.1级地震、1999年台湾集集7.6级地震和2003年日本十胜冲8.0级地震记录库中,选取了36条具有可靠长周期信息的强震记录,以此作为输入,采用能量谱面积归一的方法,首先对单自由度体系的弹性能量谱进行了分析,建议了适用于长周期地震动的简化三段式输入能量谱。在此基础上,讨论了延性系数、阻尼比对弹塑性能量谱的影响;给出了通过调整长周期地震动弹性能量谱参数来确定长周期地震动弹塑性能量谱的方法,并与长周期地震动弹塑性能量谱的拟合结果进行了比较,验证了上述方法的可行性。最后,通过分析长周期地震动累积滞回耗能与弹塑性输入能量之间的比值关系,给出了长周期地震动累积滞回耗能比值谱的计算公式。     

基于输入能量的地震动时程强度包络函数研究

结构随机振动分析和人工合成地震动记录均需要将反应谱转换为功率谱,地震动强度包络函数对转换结果有着重要影响。为合理地确定强度包络函数模型中各参数的取值,依据输入能量谱与傅里叶幅值谱的精确转换关系,建立了由非平稳地震动功率谱计算输入能量谱的方法,并分析了各参数取值对功率谱与能量谱的影响。以匹配设计谱的天然地震动记录样本的平均输入能量谱作为参考依据,通过与设计谱转换得到的输入能量谱进行对比分析,确定了各类场地设计谱转换为功率谱时,强度包络函数模型的各参数取值。通过人工合成地震动记录的输入能量谱分析,验证了各参数取值的合理性。     

汶川地震竖向地震动特征初步分析

选择国家强震动台网中心发布的2008年5月12日汶川地震四川、甘肃、陕西等地台站中的94组加速度记录进行了处理,提取了一些主要地震动参数,应用统计分析方法重点对地震动竖向与水平峰值加速度比、竖向与水平加速度反应谱及竖向与水平卓越周期比等进行了研究。结果表明:竖向与水平峰值加速度比的平均值为0.58,但约30%台站的峰值加速度比大于2/3;竖向与水平峰值加速度比随震中距的增大减小,近震区该比值离散性较大,场地条件对该比值也有较大的影响;在周期0~6s内竖向与水平加速度反应谱比曲线总体呈马鞍形;不同的周期段,竖向加速度反应谱和水平加速度反应谱的谱形有较大差异,相比水平加速度反应谱,竖向加速度反应谱偏“瘦”;除少数台站外,绝大部分台站竖向与水平卓越周期比均小于1.0,该比值随震中距的增大而增大,并逐渐趋于平缓。上述研究结果可以为时程分析选取竖向地震动输入提供参考。     

地震动加加速度反应谱的概念及特性研究

加加速度是加速度关于时间的变化率,反映了结构受力变化情况。地震动加加速度及其反应谱的研究可以加强人们对地震动非平稳性的认识。阐述了加加速度的力学意义及研究价值,探讨了计算DriDri速度的动力学方法并对其优缺点进行了比较。建立了地震动下弹性及弹塑性加加速度反应谱的求解方法。根据场地类型、放大系数、延性系数及折减系数等影...     

基于特征提取和谱匹配优化的区域地震动时程构建方法EI北大核心CSCD

地震的区域构造背景和传播路径有较大差异特征,因而实际观测的地震动具有显著的区域性差异。在结构动力时程分析时,虽然人工合成方法能够提供匹配设计谱的输入地震动,但是其并不能体现出地震动的区域特征。为了模拟考虑目标区域特征且完美匹配目标谱的地震动,该文提出了一种基于智能算法的地震动合成新方法。该方法应用主成分分析算法获取目标区域地震动的区域特征,由最大方差理论提取目标区域的种子地震动,再用基于粒子群算法优化的时域反应谱匹配方法调整种子地震动的反应谱,最终构造出包含区域特征和谱匹配的地震动时程。以四川地区为例验证了该方法的合理性和有效性,合成的地震动在时域和频域上均与该区域实际地震动特征一致。该文提出的方法的优点在于合成的地震动具有显著的区域特征,且与目标谱有更好的匹配效果和更高的匹配效率,可为结构动力反应分析提供考虑区域性差异、具有低不确定性的地震动输入。     

组合设计谱确定新方法研究

设计谱是各类工程结构抗震设计的基本依据,合理的设计谱取值事关抗震结构的安全性和经济性。针对组合三联设计谱传统标定方法中存在的问题,基于世界范围内最新的强震记录,对相关的地震动参数和反应谱进行了分析研究。统计中采用加权平均代替算术平均计算地震动幅值间的关系,使设计地震动幅值的确定更具合理性;提出了一种随周期(T)连续变化的规准化参数分别用于设计谱加速度、速度和位移控制段的标定,解决了组合设计谱各区段分别采用三个固定参数(PGA、PGV、PGD)标定时带来的不连续问题;将改进的设计谱与其他方法设计谱进行了比较。最后通过离散性分析和有效性检验验证了新标定方法的可靠性。     

考虑场址危险一致性的中国完备条件目标谱与记录选取

即使所处地区的宏观抗震设防烈度相同,不同城市的地震地质构造与活动性背景仍然存在差异。为使地震动输入与所在场址的地震危险性水平保持一致,该研究衔接我国第五代地震区划图的概率地震危险性分析结果,给出了完备条件目标谱的构建方法。采用与第五代地震区划图相同的三级潜源分布和地震动预测方程,进行目标场址的危险性分析与设定地震解耦,衔接三维(震级-经纬度)设定地震解耦结果,给出了考虑所有潜源走向与位置相对贡献的“完备”条件谱。以北京近郊某城市作为算例,结果表明,完备条件谱的均值介于使用长轴和短轴衰减关系的粗略条件谱之间,条件标准差高于粗略条件谱。研究给出的完备条件谱适用于我国区划图的长短轴类型衰减关系,可以很好体现潜源的空间分布特征与背景地震危险性差异。基于我国强震动记录数据库拟合的加速度反应谱相关系数得到的条件谱要略高于基于国外数据库的计算结果。为了实现加速度反应谱均值和标准差的高效匹配,该研究采取多元高斯分布的协方差矩阵近似替换完备条件谱高斯混合分布的协方差矩阵,结合贪心优化算法,选取得到满足目标完备条件谱分布的强震动记录数据集。研究结果系统给出了我国条件目标谱进行记录选取的构建思路与选波方案,...     

双向地震动作用下刚度偏心单层体系弹性反应谱研究

目前的工程抗震设计方法是建立在弹性单自由度反应谱的基础上，然而实际地震动的多维性和结构偏心引起的空间耦合性使得基于单自由度反应谱的设计方法存在着局限性。为此，研究并建立了双向地震作用下结构刚度偏心层体系弹性反应谱模型，定义弹性位移比值谱和加速度比值谱。通过对硬土、中硬（软）土、软土3类场地60条双向地震动的弹性比值谱统计平均结果，分析3类场地比值谱的谱值分布特征及相对刚度偏心距、扭转频率比对谱值及谱值分布的影响。结果表明，各类场地的比值谱都具有独特的谱值分布特征，并且这些分布特征受相对刚度偏心距和扭转频率比的影响较小。在每种场地类型的谱值分布特征下，弹性比值谱随相对刚度偏心距和扭转频率比的变化也具有一定的规律性。     

海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor, DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录，利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响，提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型，与陆域DMF模型进行了对比，并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱，最后对残差及标准差进行分析。研究表明：地震类型对DMF的影响可以忽略；可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响；由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著；阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值；残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型，为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。     

海域地震动长周期特性及其强度指标研究

为了分析海域地震动的长周期特性。选取893条三分量海域地震动记录,识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动,比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异,研究了海域地震动强度指标PGA(Peak Ground Acceleration),PGV(Peak Ground Velocity),PGD(Peak Ground Displacement)与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明:由浅源远场强震(震源深度小于45 km,震中距大于120 km,且矩震级大于6.2)产生的海域地震动的长周期特性十分突出,其动力放大系数谱在长周期段(2~10 s)明显超过了抗震设计规范谱的取值,且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著;PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好,因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。     

近断层地震作用下弹性位移反应谱的研究

为研究近断层地震作用下基于位移的抗震设计方法,选择了30次地震,132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,该表达式可以反映震源机制和场地土等因素的影响作用。研究结果表明：提出的近断层地震弹性位移设计反应谱与实际地震波平均弹性位移反应谱较为接近,可以应用于近断层地震作用下结构的抗震设计中。     

面向地震动记录和模拟地震动的工程随机地震动数据库研究

收集了来自156次地震的共计7778条水平加速度记录。分别采用基于能量分布和震级-距离的地震动记录聚类分析方法,将7778条水平加速度记录划分为12组,作为地震动记录数据库的基础数据。基于工程随机地震动的物理模型,采用窄带波群叠加方法合成了不同场地类别、震级和传播距离下的24组模拟地震动,包括100条每组的12个小样本组和300条每组的12个大样本组,共计4800条模拟地震动时程,作为模拟地震动数据库的基础数据。利用聚类分组后的地震动记录和各分组模拟地震动,开发了基于Windows系统的工程随机地震动数据库系统,实现了地震动的检索以及时程、反应谱和相关地震信息的可视化及数据下载。     

圆高强钢管UHPC梁抗弯性能研究

以含钢率和套箍系数为参数,开展5根圆高强钢管超高性能混凝土(UHPC)梁和2根圆普通钢管UHPC对比梁的纯弯试验;而后,采用已验证的有限元模型,对套箍系数进行了参数分析。试验研究表明,高强钢管UHPC梁发生延性破坏,组合截面满足平截面假定,受压区高强钢管对核心UHPC的套箍作用应被考虑。较普通强度的钢管,高强钢管能更及时地约束UHPC的横向膨胀。随着套箍系数的增加,钢管混凝土梁达抗弯承载力时,中性轴趋近截面中线,受拉区钢管应力减小,受压区钢管和混凝土的应力则增大。承载力计算分析发现,对于高强钢管UHPC梁而言,现有中国规范GB50936?2014的实用计算方法存在不准确且离散性较大等问题,为此该文提出了新实用计算方法。     

地震动频谱特性和持时对IDA结果影响的研究

地震动记录的选择是增量动力分析的基础性工作。为了研究地震动记录的频谱特性和持时对增量动力分析结果的影响,总结了四种常用的计算地震动记录特征周期方法,建立了地震记录分组,进行了反应谱比较,以建立的地震记录分组为地震输入,结合算例进行了IDA分析,比较了IDA曲线和地震易损性曲线的差异。在此基础上,按两种地震持时原则输入进行IDA分析,分析了地震记录持时对IDA结果的影响。研究结果表明,地震记录频谱特性对IDA的数值大小和离散程度存在较大影响,足够的持时输入有助于获得稳定性好的IDA结果。     

Evaluation of earthquake ground motions by empirical analysis

Abstract

The design ground motion is based on the seismicity and geologic conditions at the site and expressed in such a manner that it can be applied to the dynamic analysis of structures. For the seismic analysis of safety‐related structures, design ground motions are made based on the evaluation of earthquake ground motion by empirical analysis, of which some important features are discussed in the present study: (1) Develop reasonable peak ground acceleration attenuation form for the Taiwan area. The proposed attenuation forms take into account the PGA level at the near‐field which compensates for the insufficiency of the available data base. (2) Generation of spectra compatible time history with multiple damping. By simultaneously matching several spectral curves for different dampings, the conservatism in design based on a single damping spectrum‐enveloping accelerogram, especially for low damping values, may be substantially reduced. (3) Development of a minimum requirement for the power spectral density function, which is a secondary requirement to prevent the design ground motion from encountering severe power deficiency.     

城市立交桥的近断层地震动输入模拟

立交桥作为城市交通网络的关键节点,其抗震安全性至关重要。针对立交桥在近断层地震动作用下易损的特点和此类地震动记录较少的事实,在比较简化脉冲和真实地震动记录的基础上,提出采用两步法构造近断层脉冲型地震动输入,研究在此作用下立交桥结构的地震响应特点。研究发现当简化脉冲周期与立交桥各子结构基本周期的比值在1~3结构反应较为剧烈,在1.5左右时,墩底内力达到最大值;当采用各子结构最不利简化脉冲周期对应的真实近断层地震动记录对结构进行输入时,短周期的匝道桥的地震响应与仅采用单个简化速度脉冲模拟输入的结果误差在15%左右;而对于中长周期的匝道桥及主线桥,需要采用两步构造法叠加高频成分,才能较好地还原真实地震动记录的影响。