近断层强地震动的特点

本文全面地总结和解释了近断层地震动的主要特点.近断层地震动与远场地震动不同,显著地受到下列因素的影响:断层破裂机制,相对于场地的破裂传播方向,以及由断层滑动产生的、可能的永久地面位移.这些因素导致破裂方向效应和“F ling step”效应.对于倾滑断层,还导致上盘效应.而且破裂方向效应和“F ling step”效应分别引起了双向和单向长周期速度脉冲.上盘效应导致上盘场地的地震动大于下盘相同断层距场地的地震动.对于垂直走滑断层,在给定的距断层最近的范围内,破裂方向效应使地震动产生强烈的空间变化.对于倾滑断层,有两个显著的效应,即破裂方向效应和上盘效应.上盘效应主要是由断层的大部分接近于上盘之上的场地引起的.破裂方向效应是由破裂传播和辐射图效应引起的.长周期速度脉冲产生于垂直断层面的方向上,使得垂直断层走向的地震动大于平行断层方向的地震动.而“F ling step”效应是由地震时断层两盘的相对运动造成的,且发生在断层错动的方向上.     

近断层方向性效应地震作用下曲线梁桥试验

为研究近断层方向性效应地震对曲线梁桥的影响,以一座曲线梁桥为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶10的全桥物理模型,选取破裂前方区域(forward region,FR)、破裂区域(middle region,MR)和破裂后方区域(backward region,BR)地震动,进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明:FR地震动和MR地震动作用下曲线桥地震响应较BR地震动显著;单向激励时,MR地震动作用下结构响应明显,双向地震激励时,结构响应则和曲线桥与破裂方向相对位置有关;曲线桥垂直于破裂方向单向激励时,主梁绕固定墩产生水平转动,双向地震激励时,FR地震动和MR地震动作用下主梁的转动效应较BR地震动显著;相对于BR地震动作用,FR地震动和MR地震动对桥墩切向位移的放大作用大于径向位移的放大作用;曲线桥垂直于破裂方向时,主梁更容易产生转动,使得支座位移响应和梁端位移响应在低墩处显著,在抗震设计时,应合理分析避免支座脱落或落梁.     

大跨高墩连续刚构桥动力特性研究

以重庆芙蓉江特大桥为研究对象,应用大型通用有限元程序ANSYS对该桥进行动力特性分析,分别采用空间结构板壳单元shell63与梁单元beam4两种建模方式,分析了其动力特性,对两种模型的数值分析结果进行了比较.结果表明:两种模型的计算结果的差异均在工程允许范围内,两种建模方法都是可行的.在实际工程中可以考虑采用梁单元进行计算,以满足工程实时性要求,节省建模和计算时间,缩短设计周期.     

高墩大跨度连续刚构桥抗震性能分析

以西南山区某高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥为例,应用Midas civil建立了有限元分析模型,分析了该桥的自由振动特性。采用非线性时程分析方法分析了该桥在E1、E2地震作用下的抗震性能。     

钢筋混凝土框架结构在近断层脉冲型地震动作用下的动力响应

基于现行的抗震设计规范设计了三层、六层和九层的钢筋混凝土平面框架结构.并对这些钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动和一般地震动作用下的动力响应进行了研究,研究发现:对于近断层地震的脉冲效应现行的抗震设计规范考虑不充分,结构的层间位移角并不能满足1/50的限制条件.因此建议不考虑地震调整系数,以此来保证结构在近断层地震作用下的安全.     

近断层方向性效应地震动双规准组合反应谱

为了给近断层设计谱的确定提供新的方法和参考依据,考虑场地条件的影响,分析了53 条具有典型近断层方向性效应特征的地震动记录的双规准组合反应谱的特征．相比传统的地震动加速度、速度和位移反应谱,组合反应谱的谱值与地震动的幅值相关性更强;双规准组合谱具有更低的统计变异性．最后,给出了基于双规准组合谱特征的近断层区场地相关设计谱模型．     

水库深水高墩大跨连续刚构桥设计

四川大渡河大岗山水电站库区S211省道淹没复建公路田湾河大桥主梁跨径为(78+140+78)m,主墩高为89.5 m和70 m。探讨了桥梁上部结构(箱梁尺寸、预应力体系)和下部结构的设计,对全桥进行静力分析。     

近断层脉冲地震动对框剪结构的破坏作用分析

近断层脉冲型地震动对结构具有巨大的潜在破坏作用,而有关高层钢筋混凝土框剪结构（HRCFS）受其影响的研究较少。为此,采用合成近断层脉冲型地震动（NPGM）的方法,合成了加速度峰值、脉冲速度峰值、脉冲速度峰值比及脉冲周期不同的NPGM,计算了一个22层HRCFS在上述地震动作用下的时程反应,分析了该HRCFS整体破坏指数随上述参数的变化。结果表明,该结构的整体破坏指数在上述地震动作用下的值均较小;随加速度峰值变化无明显规律;与脉冲速度峰值和脉冲速度峰值比近似呈线性增加的关系;与脉冲周期近似呈二次抛物线关系。由此说明,HRCFS在NPGM作用下具有良好的抗震性能,并且不能单独以加速度峰值作为表征NPGM对HRCFS破坏作用的参数。     

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明：地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

脉冲型近场地震动的近似模型的比较研究

为了更好地研究脉冲型近断层地震动对结构的影响,对模拟其速度时程的不同近似模型进行了比较研究。选取4种代表性的近似模型,包括三角形模型、三角函数模型、带包络函数的三角函数模型和小波模型,通过对7条脉冲型地震动进行反应谱分析和非线性结构地震响应分析,比较研究各种近似模型用于结构分析时的精度和适用性。结果表明,模拟精度与结构周期与脉冲周期比值T/Tp相关。反应谱分析可知,在标准化周期T/T_p>0.8的区间,近似模型可以得到与实测地震动较为接近的速度反应谱值,两者比值的均值在0.75~1.25之间波动。非线性地震响应分析可知,带包络函数的三角函数模型和小波模型的层间位移角误差在10%~20%之间,模拟精度较高,可用来分析脉冲型地震动对结构的影响。     

高墩大跨连续刚构桥线形控制关键技术研究

桥梁线形控制是施工监控的关键内容,是保证桥梁顺利合龙和成桥线形达到设计要求的技术保障.影响连续刚构桥线形的因素繁多,一旦控制不好会影响成桥后行车舒适度,甚至造成桥梁跨中下挠等严重工程事故,文章结合怒江特大桥的监控实例,综合分析了高墩大跨连续刚构桥的线形监控要点,采用有限元仿真计算与现场实时监控数据相结合的监控方法,通过调整施工立模标高,达到控制结构整体线形的目的,并对比分析监控数据的理论计算值与实测值.实践表明,在怒江特大桥施工监控过程中所采用的技术措施,不仅为大桥的成功修建起了重要作用,也为连续刚构桥施工线形控制积累一定的经验.     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

强震区近断层桥梁桩基础时程响应振动台试验

为进一步探明强震区近断层桥梁桩基动力时程响应规律,采用1g振动台模型试验,开展相同强度不同类型地震波作用下,近断层桥梁桩基加速度动力时程响应、桩顶相对位移动力时程响应、桩身弯矩动力时程响应及桩基损伤分析。结果表明：近断层桥梁桩基础的动力响应特征比无断层桩基更为明显,相比于非断层场地桥梁桩基础,近断层桥梁桩基加速度峰值、桩顶相对位移及桩身弯矩均较大。受发震断层及断层破碎带散体材料特性等因素的影响,改变了桩周土体半无限体性质,近断层桩基础桩顶加速度峰值出现时刻较为滞后,桩底加速度时程响应曲线规律与输入地震动更为接近,而桩顶加速度时程曲线振幅远大于桩底,且峰值出现时刻明显滞后于桩底和输入地震波;近断层桩基础桩顶加速度及相对位移时程响应在10s左右振幅较大,位移响应在30s作用开始衰减,此时段内桩基础动力响应特征最为明显;近断层桩基础桩身弯矩最大值均未超过其抗弯极限承载能力,且有20.36%~28.41%的抗弯承载能力富余;近断层桩基础基频没有发生变化,表明满足抗震设防烈度Ⅷ度的要求。综上所述,近断层桥梁桩基础抗震设计时,应考虑地震波频谱特性的差异对结构产生的影响,重点关注动力时程响应变化规律,根据多种类型地震波对近断层桥梁桩基础进行抗震分析与验算。     

高墩大跨连续刚构桥地震响应需求的模态推倒分析法

基于结构动力学多自由度体系解耦思想,提出适用于高墩大跨连续刚构桥的模态推倒分析法(MPA)。结合现行规范设计反应谱,以某高墩大跨连续刚构桥为工程背景,采用OpenSEES软件建立全桥非线性纤维模型,分别对MPA法和非线性时程法进行对比研究。结果表明:MPA法对高墩剪力的计算误差相对较大,尤其在纵桥向,最大达到34.73%,而横桥向则满足工程应用需求,最大为26.48%;MPA法对高墩弯矩和位移的计算结果在纵、横桥向都非常接近时程结果,计算精度完全满足工程应用要求。总体而言,MPA法可直接用于评估高墩连续刚构桥的横向抗震性能,且精度很高,但用于纵向抗震性能评估时,需考虑剪力的计算误差对评估结果的不利影响。     

空间变化地震动激励下高墩大跨刚构桥响应分析

地震响应是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机振动理论及反应谱方法,分析了高墩大跨连续刚构桥梁在平稳地震激励下,地震动空间变化对结构内力的均方根响应的影响。结果表明：不计地震动空间变化时,随机振动分析与反应谱方法本质上是一致的;行波效应和相干损失对连续刚构内力有一定影响,多数情况下,随机振动计算结果要大于反应谱分析结果;...     

高墩大跨连续刚构桥合龙顶推效应分析研究

由于连续刚构桥成桥后混凝土的收缩、徐变以及温度的效应,主桥和主墩的受力、变形将会受到影响.为了达到优化桥梁顶推,指导现场施工作业的目的,以白家咀大桥为工程背景,分析高墩大垮连续刚构桥合龙顶推效应;寻找顶推过程中出现两主墩位移不均匀的处理办法以及分析采取这种处理办法后对整座桥梁后期线形及关键截面内力的影响.     

近断层脉冲型地震动强度指标与高耸结构损伤关联性

为了研究近断层脉冲型地震动作用下适用于评价高耸结构抗震性能的地震动强度参数,基于加速度反应谱提出一种同时考虑结构周期延长和高阶振型效应的地震动强度指标。分别以120 m和240 m的钢筋混凝土烟囱结构为研究对象,使用OpenSEES程序,在近断层脉冲型地震动作用下,揭示了高耸混凝土结构的损伤指标(Park-Ang损伤指标、最大层间位移角、最大曲率、最大楼层加速度以及最大顶点位移)与37个地震动强度指标的关联性。研究结果表明：提出的地震动强度指标最适合用于预测高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震作用下发生的Park-Ang损伤;与速度相关的地震动强度指标表现出与高耸结构损伤指标的较高的相关性;随着结构周期的增大,位移型的地震动强度指标与损伤的关联性有增长的趋势;此外,地面峰值加速度在表征高耸结构变形破坏方面存在局限性,但是可以用来分析非结构构件的抗震性能。研究结论可为选择合适的地震动强度指标和损伤指标评价高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震动作用下的抗震性能提供参考。     

竖向地震动作用下的高墩桥梁P-△效应分析

以在建的西平线上某高墩铁路桥为工程背景,建立相应的动力模型,重点分析竖向地震动作用时P-△效应对高墩铁路桥梁的影响。结果表明,在同时考虑到竖向地震作用和P-△效应之后,由于非线性的影响,竖向作用加强了水平地震动的影响,从而加大了桥梁的水平反应。