弹塑性 SDOF 系统的地震输入能量谱

以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了弹塑性单自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系统的地震输入能量谱,并对地震动强度和SDOF系统参数对地震输入能量谱的影响进行了研究。结果表明:能量谱峰值主要由地震动强度决定,阻尼比和延性系数有很大影响。在长周期范围,延性系数一定时,随着阻尼比的增大,能量谱值也有所增大;随延性系数增大,能量谱值随阻尼比增加而增大的趋势有所减缓。采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了简化三段式地震输入能量谱,并根据能量谱分析结果的统计,建议了弹塑性SDOF系统能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。     

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。     

双向地震作用下等延性强度折减系数反应谱研究

目前弹塑性反应谱的研究几乎都是以单自由度体系和单向地震输入为前提的,然而实际地震动的多维性,结构非线性的空间耦合特性使得基于单自由度体系的弹塑性反应谱存在局限性,为此本文进一步发展了双向地震作用下单质点双自由度系统的弹塑性反应谱模型.通过硬土、中硬(软)土、软土场地的178条地震记录作为地震输入,采用了不同以往的方法,建立了基于统计的强度折减系数设计谱.按3类不同场地,分析了延性系数、两水平主轴方向周期比对强度折减系数设计谱的影响.并根据统计结果,给出了便于工程应用的等延性强度折减系数简化设计谱公式.     

设计谱长周期段取值与能量特征研究

基于由随机振动理论得到的功率谱密度与加速度反应谱之间的关系,以及由傅里叶幅值谱精确计算输入能量反应谱方法,提出了建立与设计加速度反应谱匹配的输入能量谱方法。计算了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)设计反应谱匹配的输入能量谱,通过与实际强震记录输入能量谱特征对比,对设计反应谱长周期段输入能量特征进行了分析。结果表明,由于规范设计谱长周期段取值比较保守,在长周期段输入能量随着周期变长逐渐增加,与实际地震动记录输入能量谱长周期特征明显不同。根据实际强震记录输入能量谱特征,给出了设计反应谱长周期直线下降段的取值建议。     

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。     

脉冲地震动缩放水平对结构非线性位移反应影响的分析

研究缩放速度脉冲型地震动强度水平引起的单自由度(SDOF)体系非线性位移反应的偏差。采用30条速度脉冲地震记录,通过SDOF的体系动力时程分析,分析了速度脉冲型地震动分别缩放到不同目标谱加速度(Sa)、峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)水平时,SDOF体系非线性位移反应偏差随系统自振周期和强度折减系数变化的规律;通过对散点数据的对数线性回归确定了位移反应偏差的变化趋势,并比较了不同地面运动强度表征参数下位移偏差的稳定性。分析结果表明：位移偏差对地震动缩放系数、系统的基阶自振周期和系统的强度有一定的依赖性,合理选用缩放系数和地面运动强度表征参数能有效减小估算结构地震位移响应的偏差。     

地震动持时效应对阻尼折减系数的影响

阻尼折减系数是建筑抗震设计中确定设计地震作用的重要参数之一。该文采用简谐正弦波和25条集集地震记录,基于单自由度体系不同阻尼比水平的位移反应谱研究了有效地震动持时对阻尼折减系数影响。分析结果表明:阻尼折减系数随有效地震动持时比和简谐激励循环数的增加而减小。基于分析结果的统计平均值,通过非线性多元回归分析给出了考虑地震动持时影响的阻尼折减系数谱。     

考虑双向地震激励的标准化地震输入能量反应谱研究

以往地震输入能量谱的研究几乎都是以单自由度体系和单向地震输入为前提, 没有考虑地震动的多维性和结构非线性反应的空间耦合性。于是, 建立单质点双自由度体系, 假设体系的弹塑性关系为满足二维屈服面函数的理想弹塑性形式, 基于此模型提出双向地震动作用下标准化的地震输入能量反应谱理论。以硬土、中硬(软)土和软土三类场的地震记录作为体系的双向激励, 建立统计平均的等延性系数标准化地震输入能量谱。分析场地类别、延性系数、两水平主轴方向周期比对标准化地震输入能量谱的影响。分析表明:各类场地分别具有独自的谱形特征和规律性;延性系数对硬土场地和中硬(软)土场地的谱值影响较明显, 而对于软土场地, 除长周期外影响很小;周期比 ζ 对谱值具有一定影响;基于单自由度体系建立的输入能量谱在某些情况下会高估能量反应。     

新抗震规范反应谱的适用性研究

对《建筑抗震设计规范》（GB 50011）反应谱的阻尼比折减系数、拟相对位移谱等进行研究以说明我国抗震规范反应谱的适用性。基于阻尼减震机理,指出较大的阻尼比除能有效地衰减结构相对位移谱值外,并不能始终如一地衰减反而会放大结构绝对加速度谱值;比较了新旧抗震规范给出的对应于各类场地条件、不同阻尼比的地震影响系数曲线的变化规律、阻尼比折减系数及拟相对位移谱;指出在利用人工地震波对长周期、大阻尼比减隔震结构进行时程分析时需注意的问题。     

近场与远场长周期地震动对高层结构作用机理比较分析

以远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动三类长周期地震动为研究对象,在分析长周期地震动最大瞬时输入能与SDOF体系最大位移响应相关性的基础上,提出瞬时输入能比的概念,对比分析探讨不同类型长周期地震动作用下结构的破坏模式;基于Hilbert-Huang变换,以某12层RC框架结构为例,分析长周期地震动作用下控制结构弹塑性地震响应的IMF分量,并对不同类型长周期地震动的瞬时能量曲线及累积能量曲线进行对比分析,在此基础上提出有效长周期地震动、有效峰值及能量梯度的概念,分别从频域与时域角度分析长周期地震动对高层结构的作用机理。结果表明:长周期地震动的有效峰值显著大于普通地震动,揭示了长周期地震动作用下高层结构的地震响应大于普通地震动的内在机理;能量梯度对比分析表明不同类型长周期地震动的能量释放特征差异显著,揭示了远场类谐和地震动的脉冲循环作用机理及近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动的脉冲冲击作用机理,其中,前者易使结构发生累积损伤破坏,后者易使结构发生首次超越破坏。     

地震波持时效应的能量评价指标研究

将结构的地震损伤定义为结构在单向振动过程中耗储地震能量能力的降低,并根据损伤成因将结构地震损伤分离为残余位移损伤与退化损伤,基于结构退化损伤的量值来界定地震波持时效应的大小。将结构总输入能、能量增长持时、最大瞬时输入能量比以及90%能量持时作为持时指标,通过 56条地震波下三种周期SDOF结构的损伤分析,分别讨论各持时指标与结构退化损伤之间的相关度。分析结果表明结构总输入能与结构退化损伤之间的相关度最高,同时由于总输入能的求解受结构阻尼模型与滞回模型的影响较小,因此总输入能作为地震波持时效应的评价指标具有较好的准确性与便利性。     

双折线弹塑性滞回模型的结构影响系数

对双折线弹塑性滞回模型的单自由度体系在地震作用下的响应进行了分析,得到了不同场地、结构自振周期、延性、阻尼比、后期刚度系数等参数组合下的结构影响系数R。结果表明:R谱的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而阻尼只在短周期范围内有比较明显的影响。对场地特征周期用六种不同的方法进行了分析,取五种分析结果一致的特征周期,对R谱的横轴标准化,得到的R谱保留了在Tg处的峰值特征。对各周期和延性下的R进行统计分析,发现其符合对数正态分布,并提出了延性影响系数Rμ的计算公式。     

阻尼比对延性需求谱的影响

阻尼比取值差异必然对结构响应计算结果产生影响.该文在PEER强震记录库中选择了434条水平向地震记录,并将其按我国现行抗震设计规范进行场地类别和设计地震分组的划分,对阻尼比为0.02、0.04、0.06、0.08、0.10的单自由度结构体系,进行弹塑性时程分析,得到了在不同阻尼比取值时,考虑不同场地类别和设计地震分组的...     

常延性系数弹塑性位移谱及其应用

采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数μ为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。     

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明：独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。     

汶川地震中SDOF体系地震输入能量需求的研究

基于汶川地震断层距150km内112条水平分量加速度记录,分析断层距、场地类型、地震动持时、上盘和下盘效应、方向性效应对SDOF(single degree of freedom)体系弹性地震输入能的影响。结果表明:近断层断层距30km范围应考虑加速度峰值增大对输入能显著提高的影响;场地越软输入能越大,输入能谱的特征周期并不随着场地越软而向右移动;地震动持时对输入能谱峰值相应周期的结构影响显著,持时越长,输入能谱峰值越大。近断层下盘效应和方向性效应对地震输入能有显著影响,断层距大于30km范围内,下盘效应使中、长周期结构的地震输入能显著提高。     

地震动峰值位移对单自由度体系非线性动力反应的影响

研究了在输入地震动加速度反应谱与峰值速度不变的条件下,地震动峰值位移对单自由度体系(SDOF)动力反应、尤其是非线性动力反应的影响.首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成出加速度反应谱与峰值速度相同、但峰值位移相差2倍的两组人工地震动时程.其次,利用理想弹塑性SDOF体系的初始自振周期描述其刚度特性、利用屈服强度衰减...