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。     

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。     

空间相关多点地震位移输入峰值控制对结构非线性响应的影响

在空间相关多点地震动人工拟合中,一般控制大跨结构不同支撑点处的地震加速度反应谱及加速度峰值相同,而相应于不同支撑点处位移时程的峰值则是不同的。为了研究地震动特性及不同的位移控制条件对结构响应的影响,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,并且按照控制不同支撑点处时程的加速度峰值或位移峰值相同,拟合了6 组空间相关多点地震动;采用多点地震动加速度/位移输入模式,对三跨连续梁桥进行了非线性响应分析。结果表明：控制地震位移时程的峰值对结构的内力和位移响应有较大的影响,位移峰值越大,结构进入的非线性程度越深,得到的结构响应越大,且与位移时程的形状无明显相关性;以加速度反应谱和加速度峰值为目标的地震动拟合中,各支撑点处位移时程的峰值离散性比较大,为了保证结构的安全,空间相关多点地震动拟合中应控制位移峰值的最小取值;地震加速度时程的频率非平稳特性对桥梁位移和桥墩扭矩影响较大,如果仅考虑地震动强度非平稳特性,则存在低估结构响应的风险。因此,大跨结构抗震分析中应合理刻画地震动时间-空间耦合特性、非平稳特性及位移输入的最小峰值,充分估计结构的非线性响应,以保证结构抗震设计的安全性。     

地震动加速度、速度和位移时程的构成

该文研究地震动加速度时程、速度时程和位移时程的构成。将地震动加速度时程表示成正弦级数并对其积分,给出速度通项构成的地震动速度时程的计算公式。积分上述地震动速度时程,给出位移通项构成的地震动位移时程的计算公式。在PEER数据库中选取Landers、Taft和El-centro波的加速度时程,利用该文给出地震动加速度、速度和位移时程的计算公式分别得到三种地震动的加速度、速度和位移时程曲线,并通过与数据库提供的三种地震动的加速度、速度和位移时程曲线进行对比,验证了地震动加速度、速度和位移时程计算公式的正确性。得到以下结论:给出了加速度通项、速度通项和位移通项,三种通项分别求和可构成地震动加速度时程、速度时程和位移时程。     

人造地震动反应谱拟合的窄带时程叠加法

提出了一种在时域内叠加窄带时程的方法以提高人造地震动时程对目标反应谱的拟合精度。该方法首先利用传统的在频域内调整傅立叶幅值谱的方法合成以给定峰值加速度、反应谱和强度包线为目标的初始加速度时程;然后基于线性单自由度体系的地震输入反演公式,利用在时域内叠加窄带时程的方法继续调整该初始时程以进一步提高其对目标反应谱的拟合精度。算例分析结果表明,该算法所得到的人造地震动时程对目标谱具有较高的拟合精度。     

地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应影响

针对我国常见的板式橡胶支座类型公路桥梁因支座与墩梁间无连接措施、在地震作用下频发主梁移位甚至落梁等震害的现状,采用平滑动支座单元模拟板式橡胶支座的滑动效应,通过对一单墩模型的非线性地震反应时程分析,探讨了影响板式橡胶支座滑动反应的主要因素,研究了包括地震动峰值加速度、地震动频谱特性以及地震动加速度时程曲线形状细节等地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应的影响。研究表明:板式橡胶支座滑动反应是随地震动峰值加速度A_p、地震动峰值加速度与峰值速度比值A_p/v_p变化的函数;地震动加速度时程曲线形状细节也是影响支座滑动反应的一个重要因素。设计人员在对板式橡胶支座类型桥梁进行抗震设计时,应注意选择与场地条件相匹配的地震动输入;利用工程经验判断支座滑动反应时,应重视地震动加速度时程曲线形状细节的反常影响。     

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。     

不同爆破掏槽形式的反应频谱综合分析

针对相同的地质条件,采用相同的爆破耗材,分别设计了直眼掏槽、单楔形掏槽、双楔形掏槽共计三种掏槽方式。进一步实施了在不同掏槽方式情况下的光面爆破试验。依据爆破效果,发现直眼掏槽方式更有利于爆破硐室成型,而单楔形和双楔形掏槽更有利于岩石的破碎及岩渣抛掷。从加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱角度对爆破后体系的动力响应予以分析,发现直眼掏槽无论是加速度响应峰值,还是速度和位移响应峰值均为最大,而双楔形掏槽的上述对应响应峰值均为最小,并且直眼掏槽能量更多集中在低频部分,对于工程稳定性更为不利。反应谱特征充分说明在该工程体系中,宜采用双楔形掏槽方式进行爆破设计。同时,需指出的是,该文获得的位移、速度和加速度反应谱,与爆破振动波自身的波动特征并不相同,该反应谱是爆破振动波动与结构体系的动力响应之间的一个联系,可为结构体系的最大响应峰值提供参考,并能为爆破参数设计提供理论依据。     

速度脉冲型地震地面运动强度表征参数评估

研究强速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与单自由度(SDOF)体系非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用72条速度脉冲型地震记录,基于SDOF体系的动力时程分析,研究了恒延性水平(μ)和恒强度折减系数(R)条件下脉冲型地面运动IM与最大非线性变形相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,研究了加速度反应谱(Sa(T1))和峰值地面运动速度(PGV)作为脉冲型地面运动IM的有效性。分析结果表明,脉冲型地面运动IM对体系周期有很强的依赖性,μ和R对相关性和离散性均有很大影响,Sa(T1)和PGV是相对较优的脉冲型地面运动IM。     

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。     

砂土液化场地桩基地震反应分析

用整体动力有限元方法进行砂土液化场地桩-土-结构动力相互作用及桩基地震反应分析。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟；在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处，用补充约束方程的方法进行节点耦合，使两种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩-土-结构及荷载参数，重点讨论了三种不同情形下砂土液化场地土-结构相互作用对桩基地震反应的影响，分析和比较了三种情形下体系1至6阶的自振周期、基桩危险截面处的位移与内力时程和最不利时刻桩身的位移与内力等，得到了一些对工程实际有益的结论。     

苏通桥对非一致地震地面运动的反应和人工波质量的讨论

台湾集集地震SMART-II密集台阵的,带有GPS国际标准时间校准的7群非一致地震地面加速度记录,和2群以杂交法针对苏通桥桥位断层和地质构造产生的非一致地震人工地面加速度时程历史作为输入,分析了世界最大跨斜拉桥——苏通桥——对非一致地震地面运动的变形和内力反应。每群地震输入由两个或三个台站的三分量加速度记录组成。还考虑顺桥向与波传播方向、断层走向间不同夹角、大桥是否跨越断层的情况下非一致地震地面运动的反应,并与由每群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录构成的一致地震地面运动的反应做了比较。比较表明:尽管相应的一致地震输入是由一群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录组成,苏通桥的半数非一致地震反应仍比相应的一致地震反应大,个别情况的非一致反应甚至比一致反应大得多。因此,苏通桥这样的特大桥的抗震设计应当考虑非一致地震的影响。还提出桥梁设计者应根据桥的动力特性对地震安全性评价提出所需的地震动参数。还检查了有关部门对苏通桥抗震设计提供的人工加速度波的反应谱和互相关系数,结果表明桥梁设计者应当在多方面检查所提供的人工波的质量。     

地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析

该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.     

Moving resonance in nonlinear response to fully nonstationary stochastic ground motion

A parsimonious stochastic seismic ground-motion model is used to study the effect of ground-motion nonstationarities on the response of simple linear and softening nonlinear systems. This model captures with at most nine parameters the features of the ground motion which are important for computing dynamic response, including the amplitude and frequency-content nonstationarities of the earthquake. Simple approximate expressions for the mean-square response statistics are obtained and are used to demonstrate analytically the importance of modeling the temporal nonstationarity in the frequency content of the ground motion, not only as expected for the nonlinear system, but also for linear systems. For the nonlinear systems, the phenomenon of ‘moving resonance’ is demonstrated whereby the shortening of the system frequencies, due to stiffness softening with increasing amplitudes, tracks the shift of the dominant frequencies of the ground motion, leading to a large resonant build-up in response amplitudes.     

台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

通过大跨度屋盖建筑刚性模型风洞试验和气动弹性模型风洞试验,得到屋面节点风压时程和加速度时程。采用试验所得的脉动风压时程数据利用有限元法对屋面进行风振瞬态响应分析得到了屋面位移和加速度响应,并与气动弹性模型风洞试验结果相比较,验证瞬态分析的正确性。详细阐述了台风致窗户破坏时大跨度屋盖结构的风振响应机理和特点,计算并比较了四周封闭和突然开孔两种情况的荷载风振系数和位移风振系数。这些结论为大跨度屋盖结构的抗风设计提供了指导和参考。     

含时滞振动主动控制系统地震响应的数值分析

本文采用精细积分方法计算了时滞受控系统在地震作用下的动力响应,得到在不同反馈增益下随时滞量变化的系统地震响应峰值分布。分析了在小时滞范围内随时滞量变化和反馈增益在不同的取值下对系统响应的影响,结果表明时滞对系统控制效果的影响程度随反馈增益的增大而增大,当时滞较大时,采用较小的控制增益控制效果较好,当时滞较小时,采用较大的控制增益可以获得更好的控制效果。本文结果可用于设计考虑时滞影响的结构振动主动控制算法。     

二维爆破地震波作用下三自由度弹性结构的动力响应

以二维爆破地震波作用下的三自由度弹性结构体系为研究对象,运用Matlab编程实现用时程分析方法求解该体系的动力响应。通过分析各种情况下的结构响应幅值结果,探讨了爆破振动幅值、频率、持续时间等爆破振动三要素对二维爆破地震波作用下三自由度弹性结构动力响应的影响,并得出一些有益的结论。可为建立多维爆破地震波作用下结构物的多参数安全判据,提供参考。     

随机参数结构在随机荷载激励下的动力响应分析

研究了基于概率的工程结构动力响应分析方法。利用振型迭加法导出了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式，并提出了求解方法。通过算例考察了结构物理参数和作用荷载的随机性对结构动力响应的影响，表明文中提出的计算模型和方法是正确与可行的。