基于地脉动谱比法的场地特征参数快速测定

通过37个场地的地脉动单点三分量观测,研究了地脉动单点谱比卓越频率与场地覆盖层厚度、不同深度等效剪切波速以及特征周期等场地特征参数之间的相关性;通过不同区域相关关系以及地震动谱比研究结果的对比,探讨了利用地脉动单点谱比法快速测定场地特征参数的可行性和精度。结果表明:地脉动H/V谱比卓越周期与场地覆盖层厚度存在明显相关性,利用地脉动单点谱比法快速测定场地覆盖层厚度,在1~2 Hz频带区间内不同地区相对误差小于15%,在这一区间外相对误差有所增大;地脉动H/V谱比卓越周期与覆盖层等效特征周期T_s大体一致;地脉动H/V谱比卓越周期大于0.5 s时,场地的等效剪切波速V_(s20)和V_(s30)以及等效周期T_(s20)和T_(s30)变化不大,平均分别为200 m/s,250m/s,0.8 s和0.6 s。     

基于地脉动H/V谱比卓越周期的场地类别划分

基于地脉动卓越周期的场地类别划分方法具有简单经济快捷的特点，包含抗震设计规范(1964)在内的多个历史版本规范与手册都曾给出过相应的划分标准。而现行抗震设计规范(2016)已对覆盖层厚度和等效剪切波速等场地类别划分指标进行了修正，这些对应于历史版本规范的划分标准也已无法继续应用；同时，国内外最新研究也表明，相对于早期划分标准中使用的水平向傅氏谱卓越周期，地脉动H/V谱比的卓越周期能更有效表达场地动力特性。通过对不同类别场地上的地脉动单点三分向观测及H/V谱比分析，研究了地脉动H/V谱比卓越周期与场地类别的对应关系，建议了一套适于现行抗震设计规范场地类别的地脉动卓越周期划分方案。其中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类场地对应的卓越周期范围分别为：T≤0.08 s, 0.08 s0.95 s。通过与基于数值模拟、理论计算及震前背景噪声等方法的对比说明了该方案的合理性。结果表明，该方案相比基于傅氏谱法的方案有很大改进，依据现行规范标准判定场地类别的准确率平均达到72%以上，略偏保守。     

基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法适用性研究

通过克拉玛依、浙江46个场地的地脉动单点三分向记录和两次地震的强震记录,对比了戈壁荒漠地区地脉动与地震动的H/V谱比,分析了地脉动H/V谱比卓越频率与覆盖层厚度、不同深度等效剪切波速以及特征周期之间的相关性,研究了基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在戈壁荒漠等覆盖层较薄以及东部沿海等覆盖层较厚地区的适用性,对该方法的高频、低频部分进行修正,扩展了适用频带范围。结果表明,在戈壁砂砾地区,地震动与地脉动H/V谱比的卓越频率具有很高的一致性;基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在计算场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期时,对于东部沿海等深厚覆盖层场地会低估,对于戈壁荒漠等浅覆盖层场地会高估;对该方法修正后,适用频带范围扩展到了0.58～12.5 Hz,计算的场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期与实测值的平均相对误差提高到了22%和27%;在0.58～12.5 Hz频带,场地V_(s20)、V_(s30)、T_(s20)、T_(s30)、T_s与地脉动卓越频率也体现出了明显的相关性,V_(s30),T_(s30)与地脉动卓越频率的相关性要大于V_(s20),T_(s20)。     

深厚覆盖层液化对场地卓越周期及土石坝地震响应影响研究

针对软弱夹层受震液化对深厚覆盖层场地振动特性的改变以及其上高土石坝的地震响应影响开展研究.将含有软弱夹层的深厚覆盖层场地简化为三质点体系,推导了软弱夹层液化后的场地卓越周期计算公式,进而分析了液化层特征量对场地卓越周期及场地反应谱的影响规律;应用剪切楔法研究了软弱夹层液化对深厚覆盖层上土石坝坝顶加速度放大系数的影响规律...     

层状场地脉动卓越频率对应的理论计算深度研究*

地脉动观测是一种简便有效的场地土层动力特性测试方法。本文依据场地脉动能量中瑞利波为主的特性,基于层状场地瑞利波弥散特征曲线,研究了不同场地条件下脉动卓越频率对应的瑞利波波长与场地自振频率理论计算深度之间的关系。计算结果表明：场地一定深度范围内土层剪切波速差异特性是其主要影响因素。如果土层波速差别较小或者某一波速占主导地位,则理论计算深度与瑞利波波长比值约为1/4a(a为瑞利波波速与剪切波速之比),与均匀场地结果接近;反之,土层波速差异越大,两者比值与1/4a偏离越远,且1/4a为比值上限。     

浅层地震法单孔波速测试在工程中的应用

浅层地震单孔波速测试（也称Ps测井）作为地基土动力特性测试方法之一,具有简便、快速、经济、准确、分辨率高、应用范围广等优点,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。通过波速测试可获得岩（土）体的弹性波速,确定场地各地层的剪切波波速特征、场地土类型及场地类别确定、场地液化势判别及场地地脉动卓越周期。本文介绍了单孔波速测试的工作原理和野外测试方法,并结合工程实例,说明确定场地各地层的剪切波波速特征和场地土类型及场地类别确定。     

基于设计地震动的覆盖层场地空间自由场构建

地震波在覆盖层场地的传播、透射及反射特性异常复杂,合理构建及表达覆盖层场地空间自由场是非一致地震动输入的关键。建立了覆盖层场地空间任一点地震动关于入射SV波、P波时程和入射角的表达式,基于地表水平和竖直两向设计地震动获得入射SV波和P波时间历程及入射角,考虑界面多次反射和土层阻尼引起的幅值衰减,构建了基岩-覆盖层场地空间自由场。与La Cienega场地实测台阵记录对比结果表明:不同深度的特征点两向地震动模拟值与实测记录符合良好,场地任意点水平和竖直地震动时程具有空间非一致性。该文提出的空间自由场构建方法为覆盖层-坝体系统非一致地震动输入提供基础。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

带剪切连梁双柱式桥墩地震响应特性振动台试验研究

为了研究剪切连梁对双柱式桥墩地震响应的影响,该文将双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩置于全桥模型中开展振动台试验研究,其中带剪切连梁双柱式桥墩沿墩等间距附有5根剪切连梁。因此设计了一座几何相似比为1/70且包含桥墩(含双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩)、主塔、主梁、群桩和模型土等在内的斜拉桥试验模型并开展振动台试验,比较研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同频谱特性地震作用下双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的地震响应特性。试验结果表明:与双柱式桥墩结果相比,在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下,带剪切连梁双柱式桥墩的墩底最大应变明显减小,表明附加的剪切连梁可有效降低墩柱的弯矩应变响应,实现了剪切连梁起分散墩柱受力的作用;与振动台输出最大加速度相比,三条地震波作用下带剪切连梁双柱式桥墩的墩底加速度放大1.4倍~1.8倍,表明桩-土-结构相互作用对纵向加速度产生不利影响,具有明显放大效应;地震输入的频谱特性明显影响双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的加速度、位移和应变等地震响应,且其影响程度取决于地震输入卓越频谱与结构频率特性之间的相关关系。     

剪切模量沿深度按指数规律增大的场地土的地震放大效应

采用一维波动模型分析基岩上、受竖直向上传播的稳态剪切地震波激振下剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的横向自由振动问题,求得位移的闭合解,并由该解得到反映地震放大效应的场地的放大系数。通过对此类场地土的算例分析,讨论了剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的地震放大效应,并从讨论中总结了场地土土质特性、基岩与场地土底面之间的阻抗比及振动频率对地震放大效应的影响规律,同时验证了广泛使用的场地卓越周期简化估算公式仍可应用于剪切模量沿深度非线性变化的场地土。     

视波速确定方法与行波效应研究

通过对地震波在单一土层和不同土层之间传播规律的研究,提出基于岩土层剪切波速的视波速计算方法,并给出多土层视波速简化计算公式,便于工程应用。对于均质土层,地面某点的视波速仅与该点震源深度、震中距和土层的剪切波速有关,视波速恒大于剪切波速。采用结构中点的视波速取代根据其两端点得到的视波速,可以避免结构各方向长度不同的影响,计算简便,误差可以忽略不计。在震源深度范围内,地壳厚度通常远大于覆盖层厚度,多土层的等效剪切波速与震源所在岩层剪切波速较为接近,场地类别对视波速的影响较小。算例结果表明,文中给出的多土层视波速简化计算方法,与视波速方程数值解的误差一般在5%以内。根据95%构件内力影响系数的最大值确定地震行波效应的放大系数,可以避免由于构件内力过小引起行波效应异常增大。厦门新机场分析结果表明,考虑多点激励地震效应后,航站楼结构底部总剪力变化很小;虽然框架柱、支承屋盖钢管柱和大跨度屋盖杆件内力的平均值减小,但部分构件内力可增大约5%~10%。     

轨道交通地面振动衰减关系中局部放大现象形成机理研究

为了研究城市轨道交通引起的环境振动竖向位移衰减关系中局部放大现象的产生机理,将场地简化为弹性半空间单一覆盖层模型,采用传递矩阵法推导了频率波数域三维层状场地竖向位移的动力格林函数。通过七个半空间与覆盖层的模量比,四个覆盖层厚度,七个激励频率,三个覆盖层阻尼比等诸多因素对局部放大影响的分析,结果表明局部放大受埋藏的主要速度界面控制,局部放大区的位置和放大的强度与该界面两侧的模量比（波阻抗比）、覆盖层厚度、激励的频率及覆盖土层的阻尼比等因素有关。一般来说,速度界面的波阻抗越大,局部放大越强烈;给定其他条件,使直达的表面波与半空间表面折射波越接近同时到达的覆盖层厚度使局部放大越为明显,使两者波峰越靠近的激励频率会引起更为明显的局部放大;覆盖层阻尼比越小,局部放大越强烈。     

基于有限元法的周期压电智能梁滤波特性分析

周期结构具有通频和禁频特性,使其在动态载荷的滤波器、具有主动控制功能的结构研究中得到了重要应用。基于Timoshenko梁理论,考虑基梁和压电片的转动惯量和剪切效应,采用有限元法和传递矩阵法推导了波在周期性地粘贴压电片的Timoshenko梁中的传播模型,分析了几何尺寸和材料特性对其频带性质的影响,并与Bernoulli-Euler梁理论得到的结果进行了对比。研究表明,当基梁与压电层厚度比达到40时,禁带带宽减小了54%,因此对于周期结构中的深梁,应舍弃Bernoulli-Euler梁理论而采用Timoshenko梁理论建立的模型;对于不同尺寸和材料特性的压电周期结构,频带性质会有很大不同,可以通过调整结构的参数来改变其频带性质,从而改变波动在结构中的传播特性。     

SH wave propagation in piezoelectric coupled plates

The propagation of shear horizontal (SH) wave in a piezoelectric coupled plate is investigated in this paper. Full account is taken of the piezoelectric coupling effect to the isotropic metal core in the mathematical model. One of the applications of this research is in the damage detection of the host metal structure from the wave propagation signal excited by the piezoelectric layer which is surface bonded on the surface of a metal core. This research is distinct from the previous works on SH propagation in piezoelectric structures because the piezoelectric materials were used as the core structure in the previous studies, and the potential of the studies was mainly on time-delay devices. The dispersive characteristics and the mode shapes of the transverse displacement and the electric potential of the piezoelectric layer are theoretically derived. The results from numerical simulations show that the phase velocity of the plate structure tends to the bulk shear wave velocity of the host metal core at high wave number when the shear wave velocity of host plate is larger than that of PZT bonded on it. Furthermore, there are three asymptotic solutions of wave propagation when the shear wave velocity of the host plate is smaller than that of PZT. The mode shape of the electric potential of the piezoelectric layer changes from the quadratic shape at lower wave number and with thinner piezoelectric layer to the shape with more zero nodes at higher wave number and with thicker piezoelectric layer. These findings are significant in the application of wave propagation in piezoelectric coupled structures     

长周期地面运动和SSI效应对风机动力响应的影响

针对建设在软土地基上的大功率风机结构,需要同时考虑长周期地面运动和土-结构相互作用(SSI)的影响.为了全面研究长周期地面运动和SSI效应对风机塔筒结构动力响应的影响,首先基于某1.25 MW变桨距风机结构建立了包含叶片、机舱、塔筒和基础的结构整体有限元模型,并进行了模态分析.其次在世界地震记录数据库中选择了1条普通波...     

高速铁路高架桥周围场地振动反应谱分析EI北大核心CSCD

基于达朗贝尔原理、无限周期结构理论以及具有完全匹配层的薄层法-容积法建立了高速列车-周期性桥梁结构-群桩基础-地基土动力相互作用耦合模型,提出了一种半解析-半数值方法以预测和评价高架轨道交通引起的周围场地振动,并对该方法进行了程序实现及有效性验证。进一步提出了场地振动反应谱的概念,并通过算例分析了不同行车速度、场地卓越周期以及地表不同接收点的场地振动反应谱特性,进而得到高速铁路周围环境振动基于规范容许值的阈值范围。研究结果表明,场地地面不同接收点的垂向位移最大值和振级响应均随场地卓越周期的增大而呈增大的趋势,但振级响应在局部位置处出现了放大现象;以地面位移最大值为指标的场地振动反应谱能反映振动的变化速率,而以总体振级VLz为指标的场地振动反应谱则能反映场地卓越周期、与桥墩中心线距离以及行车速度对场地振动响应的局部特性,因此在场地反应谱中对评价指标的选取应综合考虑。本文所提出的场地反应谱和振动阈值图不仅可以为拟建构筑物提供满足不同振动限值所需的距离参考,而且可以为既有构筑物受到的高架轨道交通环境振动影响进行评价。     

压电弹性层合梁-板结构中SH波的传播

建立了压电层合梁-板结构的压电-弹性动力学基本方程式，在给定压电层合梁-板结构形式和波传播方向的情况下，对基本方程式进行了简化；利用连续性条件和边界条件，建立了波传播的特征方程式，并对波动方程式进行求解；得到了前三阶频散关系曲线。通过实例数值计算，讨论了弹性层、压电层的厚度比与频散关系的影响，得出了SH波在压电层合梁-板结构中传播的基本特性。     

SH wave propagation in a cylindrically layered piezoelectric structure with initial stress

Summary SH wave propagation in a cylindrically layered piezoelectric structure with initial stress is investigated analytically. By means of transformation, the governing equations of the coupled waves are reduced to Bessel and Laplace equations. The boundary conditions imply that the displacements, shear stresses, electric potential, and electric displacements are continuous across the interface between the layer and the substrate. The electrically open and short conditions at the cylindrical surface are applied to solve the problem. The phase velocity is numerically calculated for the electrically open and short cases, respectively, for different wavenumber and thickness of the layer. The effect of the initial stress on the phase velocity and the electromechanical coupling factor are discussed in detail for piezoelectric ceramics PZT-5H. We find that the initial stress has an important effect on the SH wave propagation in the cylindrically layered piezoelectric structures. The results also show that the ratio of the layer thickness to the wavelength has a remarkable effect on the SH wave phase velocity and electromechanical coupling factor.