基于V/H的竖向地震动加速度反应谱研究

我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定竖向地震影响系数的峰值取相应水平向的0.65倍.本文收集美国中西部地区三分量强震数据记录292组共584条,研究了竖向地震动加速度反应谱V与水平向地震动加速度反应谱H的谱比值,以及谱比值随自振周期的变化规律.主要考察了震级、震中距、场地类别和阻尼因素对谱比V/H的影响,研究震级、震中距、场地类别和阻尼因素下的平均谱比曲线形状,并与抗震规范规定的0.65进行比较,提出修改建议,建议谱比值取考虑各因素影响的建议式,研究过程中,验证了所收集强震记录的可用性及研究成果的可信性.     

汶川地震竖向地震动衰减关系

为系统研究汶川地震的竖向地震动特征,回归出了汶川地震的竖向地震动衰减关系.在此基础上,分析场地效应和上/下盘效应对竖向地震动的影响；分析竖向加速度反应谱（a_PS,阻尼比0.05）的特征,并提出一个简单的竖向设计反应谱；利用竖向和水平向地震动衰减关系直接得到地震动竖向与水平向比（V/H）的关系,分析不同距离不同周期V/H的特征.结果表明:竖向地震动受场地效应和上/下盘效应的影响；竖向反应谱和水平向反应谱在卓越周期、特征周期、峰值的震荡周期跨度及下降段的衰减速率都存在较大的差异；V/H离散性较大,且在不同周期不同距离表现出完全不同的特征,而V/H的场地效应和上/下盘效应是由竖向和水平向地震动的场地效应和上/下盘效应的强弱不同造成的；加速度反应谱的V/H呈现出两个极值的“马鞍型”,但在不同距离具有不同的特征,近场最大极值出现在高频段（t<0.1 s）,而远场最大极值出现在低频段（t>1 s）.中国未来一段时间竖向地震动的研究到应用的过程一方面可以不断完善竖向设计反应谱,另一方面可以考虑利用V/H的关系求关键点的强度.     

竖向加速度设计反应谱研究

鉴于我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）未给出竖向加速度反应谱表达式这一现状,本文收集292组美国地区的强震记录,研究了各种地震环境下不同结构阻尼比对谱比取值（V/H）的影响,针对场地等单一影响因素统计得出谱比平均值并采用遗传算法进行最优拟合。以场地因素上的拟合谱比为基准谱比,考虑震中距、阻尼等因素取修正以建立各地震环境下的谱比建议式。应用我国10抗震规范中水平加速度反应谱表达式和本文的谱比建议式,本文列举了一个示例地震环境,并推导出竖向加速度设计反应谱建议式,研究成果可供我国抗震规范参考。     

基于双规准反应谱的抗震设计谱

以千余条水平分量地震动记录为数据基础,考虑场地条件,距离和震级的影响,对地震动的加速度规准反应谱和双规准反应谱进行了研究.规准反应谱明显受到场地条件,距离和震级的影响,但场地、距离和震级影响下的平均双规准谱之间却表现出良好的一致性,基于此建议了统一的双规准设计谱模型.考虑阻尼比的影响和与现行规范设计谱的衔接,建议了可供工程设计参考使用的抗震设计谱,并与现行规范设计谱进行了比较.     

场地条件对抗震设计反应谱最大值的影响

本文利用日本KIK-NET台网85个台站242组强震记录,按照我国2001抗震规范进行场地分类,分别计算每个场地地下基岩与地表阻尼比为5%的加速度反应谱,并按照地下基岩输人地震动PGA的大小分为四个区间,研究每个区间场地条件对地表加速度反应谱的影响:Ⅱ类场地在短周期对地震动的放大作用最大,Ⅲ类场地次之,I类场地最小.结果表明反应谱最大值应随场地类别进行调整,最后给出了不同类别场地设计反应谱最大值的场地系数建议值.     

中外抗震规范场地对设计反应谱影响的对比分析

本文通过对我国与美国、欧洲及台湾等国家(地区)抗震设计规范关于场地对设计反应谱影响的对比分析,发现美国、欧洲及台湾抗震设计规范均采用两个场地系数,分别考虑在短周期和长周期段场地对设计反应谱的影响,而01抗震规范仅在长周期段采用特征周期考虑场地对设计反应谱的影响,在短周期未考虑.本文还指出了01抗震规范设计反应谱需要进一步研究和完善的一些内容.     

震级、震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析

选取世界各地的地震记录共324组,研究了竖向与水平反应谱的比值(V/H)、反应谱峰值周期(Tp)、动力放大系数最大值(βmax)、地震影响系数最大值(αmax)和2水平向峰值周期的差值(△Tp)等参数,以及这些参数与场地类别、震级和震中距的关系．结果表明:1)现行规范中V/H=2/3基本符合实际情况的;2)竖向Tp 略小于相应水平Tp;竖向Tp随震中距和震级增大,场地类别的影响不明显;3)αmax随震中距的增加而减小．当震中距离比较大时,场地条件对αmax值的影响不明显;4)2个水平向反应谱的特征周期存在一定差异,随震级的增大这一差异有增大的趋势．     

汉口地区长周期设计地震反应谱

从分析汉口地区所处的地震地质环境与场地岩土条件入手,考虑不同震级的潜在地震对场地长周期加速度反应谱的贡献,强调强地面运动记录长周期信号的可靠性,选用了102条水平向强地震动加速度记录.通过统计分析强震记录的平均加速度反应谱,建立了适用于柔性结构抗震设计的长周期地震加速度反应谱.     

非弹性反应谱衰减规律研究

为研究非弹性反应谱的特征,选用美国西部Californ ia州15次较大地震中的266条强地震动记录,建立了非弹性反应谱衰减规律.分析了场地条件、延性系数、震级及距离等参数对非弹性反应谱的影响.研究发现,随着场地变软或震级增大,非弹性反应谱增大;随着延性系数增加,非弹性反应谱降低,但延性系数增加到一定程度,谱值变化不大;随着距离增加,每个周期的非弹性反应谱值衰减很快.     

中硬场地地震影响系数谱的概率保证

我国抗震规范中采用的是地震影响系数谱,从概率上来研究规范反应谱具有重要意义.采集中硬场地上205条地震记录,研究了反应谱的概率分布模型,并运用K-S检验进行了验证.通过统计分析获得了对数正态分布,研究了规范反应谱的概率保证,发现规范反应谱在某些区段的概率保证仅有20%-30%.在加速度、速度和位移控制段获得不同概率保证的谱曲线,并对规范反应谱进行了调整,依据规范反应谱的形式运用最小二乘法对得出的谱曲线进行了拟合,拟合效果较好.     

设计特征周期的影响因素

本文以我国抗震规范设计特征周期的修正为前提,统计计算设计特征周期的取值.共收集美国中西部地区437条中强地震记录,采用地震波处理软件SeismoSignal进行处理分析,并对设计特征周期的影响因素进行了研究.对强震数据库的覆盖率及可用性进行研究,表明数据采集合理.将美国数百条地震动记录按震级、震中距、场地类别等条件分类,主要统计计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地特征周期的取值,研究三因素对特征周期的影响,并进行了线性回归分析.分析结果表明:不同的场地类别和震级对设计反应谱特征周期取值有显著的影响.特征周期值随场地变软而增大,与震级具有良好的线性相关,与震中距相关性不明显.     

有速度脉冲的近场地震下偏心支撑钢框架抗震性态评估

屈服点谱是一种新的位移-加速度反应谱,可用于结构抗震性态设计和性态分析。结构在近场地震动作用下的反应与远场地震作用明显不同,这是由近场地震动高能量的速度脉冲特征决定的。根据多条近场地震波构造了屈服点谱,对两个偏心支撑钢框架进行了强震下的性态评估。非线性时程分析结果验证了屈服点谱法用于近场地震评估的可信性。     

竖向地震若干问题研究

地震是一种严重的自然灾害.目前的工程抗震研究中,水平地震的研究已经形成了比较完善的理论体系和计算方法.然而大量研究和震害表明竖向地震对结构的影响不容忽视.详细总结并分析近几十年来各种类型结构在竖向地震作用下的震害和原因,阐述竖向地震作用的计算方法、结构竖向动力特性和竖向与水平向加速度峰值比(V/H)的关系.简要介绍竖向减震隔震技术的应用与发展.研究结果表明,竖向地震的计算方法亟待完善,<建筑抗震设计规范>(GB50011-2001)对竖向加速度反应谱的取值过于简化,应用竖向隔震减震装置可以显著降低结构在竖向地震下的反应.     

基于山东省场地的沂沭断裂带地震动高频消减作用

郯庐断裂带是中国东部一条地震活动频繁的断裂带,发生过多次4.0级以上的地震,沂沭断裂带位于郯庐断裂带中段,曾发生过震级大于6.0级的地震.为了解场地条件对沂沭断裂带地震动的影响,探讨缺乏地震数据区域的地震动估计方法,以沂沭断裂带的地震动波形数据为基础,通过对数据傅里叶谱分析,研究了山东省内场地对沂沭断裂带地震动的高频消减作用,获得了场地高频消减参数Kappa,分析了Kappa与场地平均剪切波速■之间的关系,探讨了Kappa对PGA及反应谱(S_a)等地震动参数的影响.研究表明:作为一种表征场地条件的参数,Kappa具有区域性差异,且随着相应的■的增大而减小;震级相同时,Kappa只对PGA及反应谱的数值大小产生影响,而不影响二者随距离的衰减趋势.本文所得的高频消减参数可以为研究山东省场地对沂沭断裂带地震所受场地效应及模拟该断裂带地震动并分析其特点提供参考.     

结构竖向地震作用的研究

本文对我院关于结构竖向地震反应的研究进行了概括的总结。这些研究工作主要是关于高耸结构、高层建筑的竖向地震反应和竖向地震反应谱以及关于竖向地震作用的研究。     

房屋抗震设计的竖向地震动反应谱研究

在建筑结构设计中,为了保证结构安全可靠,都要考虑地震荷载.破坏性地震之后,通常把造成建筑物损害的直接原因归因于竖向地震动.文中以国内外多次地震的竖向地震动加速度记录为数据基础,总结竖向加速度反应谱特征,通过对竖向反应谱特征的分析,给出竖向地震动反应谱,为工程结构的抗震设计提供理论依据.     

西昌市海河沿岸场地地震动分析

根据西昌市海河沿岸地区的地质环境,选取21个工程场地的钻孔资料,运用一维土层地震反应程序计算其峰值加速度与峰值速度.依照中国GB5001-2001规范和美国FEMA-NEHRP规范确定了特征周期与平台值,经过加速度反应谱归一化,进而得到该场地在50年超越概率水平为63％、10％和3％的设计反应谱.结果表明,土层软硬程度对地震动加速度的幅值和频谱影响显著,软土场地对峰值加速度的放大倍数较高,且加速度反应谱谱形较宽.     

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．     

反应谱特征周期的统计分析

特征周期是反应谱的重要参数,是工程抗震设计的关键参数,但物理意义不明确、涉及因素多、结果离散,研究成果相对较少.从反应谱的本质出发,提出了反应谱特征周期的概率法.搜集近期1491条地震记录,采用概率法（97%）和美国FEMA-450（2003）法,以中国抗震规范特征周期分类为依据,研究了反应谱特征周期的统计规律.研究表明：概率法从面积比确定特征周期,力学概念明确,确定标准统一,与美国FEMA-450（2003）法有较好的一致性;近期地震波的特征周期分布特征表明,抗震规范规定的不同场地、不同地震分组的特征周期区段,地震记录数量不同,长周期效应不容忽视.特征周期与震级、场地类别和震中距的关系复杂且离散,特征周期呈区间分布规律,分布区间值较大,区间内部定量关系仍较难确定.特征周期与震级、场地类别和震中距的相关性不明显,反应谱特征周期按场地类别、震中距（地震分组）确定,存在不确定的风险,美国抗震规范以反应谱参数直接确定特征周期的方法,抗震规范修订时值得借鉴.     

基于地震观测记录的场地竖向非线性性质

为了解决基于地震观测记录的场地竖向非线性性质评估的问题,基于日本基岩强震观测网(Kiban-Kyo-shin strong motion observation network,KiK-net)地震观测记录,以场地压缩模量与压缩波速为代表分别从压缩模量曲线、竖向非线性阈值以及竖向性质恢复过程三方面探究场地的竖向非线性性质.首先使用地震干涉测量法与土动力参数法从地震观测记录中提取场地的动力参数,然后结合目前已有的场地压缩模量衰减模型估计场地的压缩模量曲线并开展相关研究.此外,通过引入时频分析技术增加强震记录的数目并进一步验证相关场地压缩模量衰减模型的有效性.主要结果如下:1)与水平非线性阈值相比,场地竖向非线性阈值整体上更大,且离散性更高,其阈值应变范围为10-6～10-4.2)场地压缩波速受强震影响的最大下降幅度明显小于剪切波速,针对2011年东日本大地震,两者最大下降幅度差距在10％ ～15％;与最大下降幅度相比,场地压缩波速与剪切波速在强震作用之后的恢复过程并无明显规律性的区别.3)场地压缩模量曲线衰减下限与围压以及地下水位均呈负相关关系.研究基于地震观测记录评估了场地的竖向非线性性质,并从地震观测角度证明地下水对场地竖向非线性性质的抑制作用.