考虑近断层地震运动特性的隔震结构抗震性能分析

基于近断层地震动的运动特性,选用破裂向前方向性脉冲型、滑冲效应脉冲型、无脉冲型共计30条地震波对一个6层基础隔震钢筋混凝土框架结构进行了IDA分析,以上部结构层间位移角和隔震支座的位移作为控制指标,给出了基础隔震RC框架结构的性能水准划分及量化指标限值。同时选用近断层上下盘地震动、断层法向平行向地震动对结构进一步进行IDA分析,得出结构易损性曲线,分析结果表现出地震激励下明显的上盘效应和方向性效应。为基础隔震钢筋混凝土框架结构的性能设计和易损性分析提供了参考依据。     

近断层地震动对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

研究了近断层脉冲地震动的工程特性.按照<建筑抗震设计规范>(GB50011-2010)进行抗震设计,选择具有前方向性效应、滑冲效应和远场地三类地震动作为输入,采用Sap2000时一座四层钢筋混凝土框架进行非线性时程分析.分析结果表明:对于顶点位移、层间位移角和基底剪力等结构动力响应参数,当结构的地震反应进入弹塑性阶段后...     

近断层脉冲型地震动作用下建筑结构的层间变形分布特征和机理分析

利用广义层间位移谱方法,将高层建筑等效化为一个弯剪型悬臂梁,从地面输入理想的简单脉冲,以及含破裂向前方向性效应脉冲、滑冲效应脉冲和无脉冲三组近断层地震动记录,然后对弯剪组合梁进行层间变形分析。获得了近断层地震动作用下建筑结构层间变形沿高度的分布规律。滑冲效应脉冲主要激起抗弯框架体系的基本振型响应,导致结构的最大层间变形发生在较低楼层;破裂向前方向性效应脉冲能够激起框架结构高阶振型的响应。而且,从脉冲型地震动的不同特征和层间位移谱分析出发,分析了建筑结构产生上述层间变形分布特征的机理。研究表明三组不同类型地震动的平均层间位移谱在整个结构基本周期段差别很大。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动,对隔震结构动力响应的影响不同。选取含有向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲、无速度脉冲的近断层地震波作为地震动输入,对一个5层钢框架层间隔震结构模型进行模拟地震振动台试验。结果表明,层间隔震结构在含脉冲近断层地震作用下的动力响应,明显大于无脉冲近断层地震;向前方向性效应与滑冲效应对结构地震响应的影响与结构周期相关,对于中短周期结构,向前方向性效应相对滑冲效应引起的结构响应更大,对于长周期结构,则相反;层间隔震技术能有效地减小结构地震响应,隔震层上部结构的减震率大于下部结构,减震效果随着隔震层位置的升高而降低。     

长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响

历次大地震中,长周期结构在长周期地震动作用下响应剧烈。本文着重对超高层建筑进行长周期地震激励下的抗震性能分析,选取了远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动3类典型长周期地震动记录各3条,为进行比较,同时选了3条普通地震动作为输入样本,采用ABAQUS有限元软件对一54层超高层结构分别进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,并将4类地震动输入下的结构响应特征进行对比研究。由结果可知:长周期地震动作用下结构的位移、位移角及损伤均大于普通地震动的响应,尤其是低频成分更丰富的远场类谐和地震动;长周期地震动输入下结构的最大层间位移角接近甚至超出限值。因此,长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响不可忽视。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一,使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量,引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度,基于传统的增量动力分析方法,建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本,对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率,结合群体结构震害评估中的震害指数经验值,得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:近断层向前方向性地震动作用下,依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下,结构仍处于中等破坏水平,表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应对高层钢结构地震反应的影响

为考察近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动对高层钢框架结构地震反应的影响,选择具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作为输入,利用SAP2000软件对一座20层平面钢框架进行非线性时程分析。计算结果表明,含滑冲效应和向前方向性效应的脉冲地震动主要激发结构基本振型反应,而无速度脉冲的地震动能够激起结构的高阶振型反应,而且,脉冲型地震动的结构破坏作用远强于无速度脉冲地震动。最后,引入了单自由度体系的能量耗散系数,从能量耗散和高阶振型影响的角度对钢结构动力反应计算结果和损伤破坏状态给出了合理解释。     

Effects of near-fault ground motions and equivalent pulses on multi-story structures

The focus of this paper is the structural response of multi-story structures to near-fault ground motions, and whether structural response is dominated by the ground motion pulses present in forward-directivity ground motions. Also considered is whether simplified pulses are capable of representing the effects of these pulses on structural response. Incremental Dynamic Analysis was employed to assess the effects of forward-directivity pulses on the response of near-fault multi-story structures. Three different generic multi-story shear buildings were subjected to fifty four near-fault ground motions including ordinary and forward-directivity records. The Maximum Story Displacement Ductility Demand was selected as the Engineering Demand Parameter. Results showed that pulse-like forward-directivity ground motions impose a larger ductility demand to the structure compared to ordinary ground motions. Moreover, the response of the structures to forward-directivity motions shows higher scatter than the response to ordinary ground motions when correlated with simple intensity measures such as PGA or spectral acceleration at the first mode period. The only intensity measure that appears to be valid for both ordinary and forward-directivity ground motions is the peak ground velocity. The structural response to the forward directivity ground motions was reproduced using an equivalent pulse model based on the modified Gabor Wavelet pulse. It is shown that when the ratio of pulse period to the fundamental structural period falls in a range of 0.5-2.5, the equivalent pulse model appropriately represents the structural response to forward-directivity ground motions. The simplified pulse parameters can be predicted using existing relationships and can be incorporated into probabilistic seismic hazard analysis to develop a seismic reliability analysis. Finally, the effects of damping ratio and P-Δ were investigated for forward-directivity ground motions. The effect of variations in the damping ratio on the ductility demand was insignificant while P-Δ-effects on the ductility demand are significant.     

近断层/远场地震动作用下控制性岩体结构对地下洞室地震稳定性影响研究

 当前地下岩石工程地震响应研究中,缺乏对近断层地震动的影响机制的研究,也较少考虑地下岩石工程赋存环境中的地质结构。采用一种非线性节理本构模型模拟不利地质结构面,结合从NGA-West2数据库中选取的近断层脉冲型、近断层无脉冲型、及远场地震记录,分析近断层地震动对不利地质结构地震破坏现象的影响机制,并讨论、提出不利地质结构的地震动潜在破坏势,最后针对受层间错动带C2切割控制的白鹤滩水电站左岸尾水系统1#尾调室,揭示其在近断层脉冲型、无脉冲型、远场地震动作用下的动力响应与稳定性的差异。初步研究结果表明：(1) 仅有近断层脉冲型地震动才具有较大的速度、位移峰值和反应谱长周期值的特点,而近断层无脉冲型地震动特性与远场地震动近似;(2) 相对于近断层的大幅值,速度脉冲才是导致近断层地震动具有较大破坏能力的根本原因,速度脉冲使得岩体结构面两盘产生不可接受的剪切位移,成为洞室在近断层地震动作用下独特的失稳机制;(3) 对于地下工程中的不利地质结构而言,相比最常用的地震动强度参数PGA,PGV,PGD和PGV/PGA是为更理想的地震动潜在破坏势,且近断层/远场地震动可适用一种破坏势;(4) 提出的潜在破坏势参数在白鹤滩尾水系统1#尾调室的地震响应分析中得到了较好的验证,若受近断层脉冲型地震动的影响,洞室可能处于不稳定状态,可能需要针对性的抗震支护措施。结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。     

近断层/远场地震动作用下隧道结构易损性研究

以川藏铁路线控制性工程——折多山隧道为研究对象,建立隧道动力时程分析模型.结合场地地震动设计反应谱,选取近断层脉冲型地震动及远场地震动记录,用于增量动力分析隧道工程结构的抗震性能水平.初步探讨适用于隧道结构的地震动强度指标IM,分析不同特征部位隧道结构易损性,对比分析近断层脉冲型地震动及远场地震动作用下隧道结构的地震易...     

近断层地震动特征及其对工程结构影响的研究进展

简要介绍近断层方向性效应、滑冲效应、上盘效应和显著竖向地面运动等近断层地震动主要特征及成因;概括总结近断层水平和竖向地震作用下工程结构地震响应的研究进展;在此基础上,对目前国内外抗震设计规范中考虑近断层地震影响有关规定进行了介绍和概况总结。提出关于近断层上盘效应引起的脉冲特性以及地震动的随机特性的发生机理等问题的研究仍不够深入,近断层地震作用下已有的结构振动控制技术的安全性和有效性有待进一步确认和验证。建议关注近断层加速度脉冲、竖向及转动分量作用下的工程结构地震响应,可结合地震断层破裂过程的数值仿真技术来弥补近断层地震记录数量的不足,以更好地研究近断层地震动特性及工程结构地震响应,为未来结构抗震设计及评估中考虑近断层地震动效应的影响和规范修订提供参考。     

Effects of a controlling geological discontinuity on the seismic stability of an underground cavern subjected to near-fault ground motions

The mechanism for the influence of near-fault ground motion on seismic issues for underground rock caverns has seldom been addressed, especially for caverns controlled by large geological discontinuities. In this paper, a nonlinear joint model was used to simulate the effects of unfavorable geological discontinuities under seismic excitation. The influence of near-fault ground motion on unfavorable geological discontinuities was analyzed using a large sample of ground-motion records collected from the NGA-West2 database. A damage potential index (DPI) for unfavorable geological discontinuities was proposed and discussed. The #1 surge chamber of the Baihetan Hydropower Plant, which is dominated by interlayer shear weakness zone (ISWZ) C2, was used as a study case to investigate the differences between pulse-type near-fault ground motion, non-pulse-type near-fault ground motion, and far-field ground motion. The results of the study indicate that (1) significant velocity and displacement as well as a stronger long-period response spectrum are key characteristics of pulse-type near-fault ground motions, whereas non-pulse-type near-fault ground motions display characteristics similar to those of far-field ground motions; (2) the velocity pulse is responsible for the destructive capabilities of near-fault ground motions; (3) the peak ground velocity (PGV) was shown to be the most suitable DPI of several ground-motion parameters for large geological discontinuities under seismic excitation (applicable to both near-fault and far-field ground motions); and (4) PGV was verified to be the most effective DPI for ISWZ C2 at the Baihetan #1 surge chamber. The cavern became fragile when subjected to near-fault ground motions, so special seismic reinforcement measures are recommended. These findings may provide a reference for the seismic design of underground caverns.     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

近场地震下框架剪力墙高层结构地震易损性分析

结合已有的研究成果,总结近场地震动的主要特点;根据中国规范给出结构4个性能水平定义及相应的量化指标限值;根据断层距等因素选取近场、远场各20条地震波并对地震波记录进行调幅。考虑地震波的不确定性,对2栋不同高度框架剪力墙结构进行地震易损性分析,得到相应的地震易损性曲线,并对两结构的抗震性能进行对比。结果表明:20层结构的层间位移地震动需求大于30层结构;近场地震波将引起结构损伤且大于远场地震波。