海域地震动长周期特性及其强度指标研究

为了分析海域地震动的长周期特性。选取893条三分量海域地震动记录,识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动,比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异,研究了海域地震动强度指标PGA(Peak Ground Acceleration),PGV(Peak Ground Velocity),PGD(Peak Ground Displacement)与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明:由浅源远场强震(震源深度小于45 km,震中距大于120 km,且矩震级大于6.2)产生的海域地震动的长周期特性十分突出,其动力放大系数谱在长周期段(2~10 s)明显超过了抗震设计规范谱的取值,且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著;PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好,因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。     

古建筑木构架长周期地震响应分析

在目前古建筑研究领域中,对木构架的抗震分析绝大多数都是在普通地震动作用下,而对长周期地震动作用下的木构架动力研究相对较少。因此,本文主要选择了两条典型的长周期地震波和两条普通的地震波,对古建筑木构架整体结构在两类地震波作用下的动力响应进行比较研究。研究表明,台湾集集地震波和Loma-Prieta 地震波的长周期成分要比El-Centro地震波和兰州波的长周期成分丰富的多;两条长周期地震波的高频成分远远少于两条普通地震波;在小震时,古建筑木构架对长周期地震动的动力响应值与普通地震动相差不大,而在中震和大震时,对长周期地震动的动力响应值要远远高于普通地震动;大震（400gal）时木构架的减震效果比中震（220gal）、小震（110gal）时的减震效果要好。     

旋转地震作用下非对称大跨悬索桥动力响应

为分析旋转地震动对非对称大跨悬索桥动力响应的影响规律,首先基于简化微极理论合成地震旋转分量,并通过峰值和功率谱值进行正确性验证;其次基于PEER数据库的7 条实测地震动水平分量,合成相应地震旋转分量;最后基于实测波的水平分量和合成的旋转分量对某非对称大跨度悬索桥进行不同地震分量激励下的抗震性能分析。研究结果表明：仅考虑3 个平动方向的地震激励是偏于不安全的,同时考虑6 个地震分量的塔底剪力是仅考虑平动分量时的9.23 倍,而塔底弯矩将变为7.06 倍;跨中竖向位移达到1.583 m,主梁纵向位移达到0.247 m,相应值约为工况4的2倍。建议在实际工程中考虑旋转地震动的影响。     

考虑近断层脉冲型地震动影响的埋地管道地震易损性分析

近断层脉冲型地震动具有短时高能量的脉冲特性,会对埋地管道等长周期结构造成较为严重的破坏。为研究近断层脉冲型地震动影响的埋地管道抗震性能,该文基于简化速度脉冲模型,结合脉冲周期、脉冲峰值的经验统计公式,模拟了不同地震动的方向性脉冲分量和滑冲脉冲分量,通过与ATC-63报告推荐的远场地震动中的高频成份进行叠加,合成了具有多种频率成分的近断层脉冲型地震动;在此基础上,进一步考虑空间变异性,生成了的空间相关多点非平稳地震动。利用ANSYS软件进行有限元建模,输入人工合成的地震动进行增量动力时程分析,建立了PGV与埋地管道最大应变之间关系的概率地震需求模型,结合管道极限破坏状态的划分,进而建立了考虑不确定性的不同管材、管径、壁厚及填覆土的埋地管道地震易损性模型。该模型为跨断层埋地管道地震风险评估中的地震易损性分析提供了理论基础。     

长周期地震动-脉动风耦合作用下风电塔架动力响应分析与混合试验初步验证

随着我国对绿色能源需求的不断增加,风力发电场的建设逐渐向我国地震多发区扩张,风力发电塔面临着地震的严峻考验。地震荷载与常规风荷载共同作用下的风电塔性能正在成为设计中的重要参考标准。水平轴、三叶片风电塔是最为常见的风电塔类型,属于自振周期较长的高柔结构,对低频成分突出的长周期地震动比较敏感。因此,本文针对运转状态风力发电塔在长周期地震作用下的动力响应进行了分析。选择一座1.5 MW在役风电塔为原型结构,基于ABAQUS平台建立其壳单元模型,选择典型长周期地震动记录,通过动力时程分析对风电塔停机状态下的地震响应进行估计。基于Kaimal谱生成脉动风荷载,对地震-风耦合作用下的风电塔架动力响应进行模拟。结果表明:长周期地震动对风电塔塔顶位移放大作用明显,可超过风荷载成为控制荷载。为解决风电塔试验模型缩尺比较小与复杂荷载模拟问题,开发了混合试验的软件平台。通过混合试验的数值模拟结果与ABAQUS模型分析结果的对比,实现了风-震作用下风电塔混合试验的数值仿真验证。     

地震动强度指标与结构地震响应的相关性研究

目前结构抗震分析时使用的地震动强度指标较多,各种地震动强度指标的适用性尚未有统一的定论,缺乏系统的分析。采用考察结构最大地震响应与地震动强度指标之间的线性相关性的方法,选取具有代表性的100条原始地震动记录作为输入,基于不同周期的SDOF系统和实际减隔震桥梁,研究各地震动强度指标与结构地震响应的相关性。根据研究结果,将地震动强度指标划分为4类,其中以Sa(T1)为代表的第Ⅰ类强度指标与不同周期结构的相关程度都较高,而以PGA为代表的第Ⅱ类和以PGD为代表的第Ⅲ类强度指标分别对短周期和长周期结构的相关程度较高,以PGV为代表的第Ⅳ类强度指标相对较稳定,建议采用第Ⅰ类强度指标作为衡量地震动强度的指标参数。并通过工程实例进一步论证了对于自振周期已知的结构,地震动的不同强度指标与结构地震响应的相关性不同。     

工程爆破地震安全问题

本文论及与工程爆破地震安全有关的问题,主要包括瀑破地震动衰减规律、爆破地震动与爆破减震设计、分段爆破与地震动叠加、爆破地震动持续时间等。与安全相关的爆破地震动参数主要包括地震动幅值、频谱和持续时间等。为减小爆破地震的影响,爆破减震设计常采用分没爆破和预裂爆破的方法。分段爆破会产主地震动的叠加,叠加系数直接关系到等效药量的计算。瀑破地震动持续时间与叠加系数的关系甚大,对持续时间的试验与研究对爆破减震设计和工程安全都是有价值的。     

工程爆破地震安全问题

本文论及与工程爆破地震安全有关的问题，主要包括瀑破地震动衰减规律、爆破地震动与爆破减震设计、分段爆破与地震动叠加、爆破地震动持续时间等。与安全相关的爆破地震动参数主要包括地震动幅值、频谱和持续时间等。为减小爆破地震的影响，爆破减震设计常采用分没爆破和预裂爆破的方法。分段爆破会产主地震动的叠加，叠加系数直接关系到等效药量的计算。瀑破地震动持续时间与叠加系数的关系甚大，对持续时间的试验与研究对爆破减震设计和工程安全都是有价值的。     

典型地震动作用下长周期单自由度体系地震反应分析

通过单自由度体系典型地震反应分析探讨长周期结构的类共振及瞬态效应问题。远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是导致长周期结构发生类共振的两类长周期地震动,而目前对此两类地震动特性以及地震反应的对比分析尚不多见。首先,通过卓越频率与能量时间分布系数对比分析,研究了长周期地震动能量时频分布特性,结果表明：两类长周期地震动的能量均集中在较低频段,且远场类谐和地震动的能量集中频段略低于近断层脉冲型地震动;近断层脉冲型地震动与普通地震动的能量在时域内分布较远场类谐和地震动集中。然后,进行了弹性反应谱对比分析,结果表明：在长周期段,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的加速度反应、速度反应、位移反应和输入能量均大于普通地震动,且速度反应、位移反应与输入能量的放大程度明显高于加速度反应;远场类谐和地震动的各反应明显大于近断层脉冲型地震动,且衰减更为缓慢。最后,提出瞬态效应的概念,并进行了实际地震动作用下的瞬态效应分析,结果表明：瞬态效应是地震动高频成分的固有属性,但不足以引起长周期结构的瞬态位移破坏。建议在对长周期结构进行抗震设计时,需要重点考虑两类长周期地震动引起的类共振问题,而不需要考虑瞬态效应。     

长周期地震动的特性分析及界定方法研究

为了给长周期地震动的选取和评价提供依据及量化指标,利用Hilbert-Huang变换理论分析地震动能量特性,提出评价地震动周期特性的方法;并且对典型的常规地震动和近、远场长周期地震动的时域、频谱分布、地震动放大系数谱及周期特性进行了分析,得到了近远场长周期地震动的时频域特性及其与常规地震动的差异。在此基础上,提出用β谱曲线2到10s谱值和周期的平方加权平均值βl作为长周期地震动的界定参数;根据178条近场地震动和151条远场地震动的βl值的统计分析结果提出:βl0.4的地震动为长周期地震动,βl0.2的地震动为短周期地震动(即常规地震动),0.2≤βl≤0.4的地震动为中长周期地震动。这将为柔性桥梁抗震分析时长周期地震动的选取提供依据。     

基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

钢筋混凝土结构易损性的研究大多数集中于地震烈度或地震动峰值加速度上(PGA),地震动的选取亦没有考虑近远场地震的不同,且对于房屋建筑的研究较少.因此综合考虑地震动峰值加速度及阻尼比为 5%的谱加速度,考虑近场及远场地震的不同性质,对一钢筋混凝土框架房屋进行地震易损性分析.定义了结构整体的4 个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平的方法.最后基于增量动力分析(IDA)的结果,采用该方法对结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构在不同IM 参数及不同地震动下的易损性能进行评估和对比分析.从而可以根据结构的实际地震需求从概率意义上判断结构所处的地震破坏状态,为今后震害预测提供了参考.     

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...     

近场地震作用下巨-子隔震结构振动台试验

基于子框架隔震的巨-子结构可以解决高层隔震结构受限于高宽比限值的问题,现有研究主要集中在理论、数值分析及远场地震作用。该文设计制作了一个具有三个巨型结构层的巨-子结构实验模型,将铅芯隔震支座设置在子框架底部,对巨-子结构进行了近、远场地震作用下无控和有控的振动台对比试验。试验结果表明：在子框架与主框架的连接部位设置隔震层,对主框架的地震反应具有明显的调谐减震作用,对子框架的地震反应也具有显著的隔震作用;近场地震作用下主框架和子框架的地震反应都要大于相同场地的远场地震动。超设防烈度近场地震作用下,隔震子框架与主框架发生碰撞,对结构的舒适性和安全性产生不利影响。     

工作状态对风力发电机地震响应的影响

风力发电机受到的气动力作用表现为气动阻尼和空气动力荷载,对结构地震响应分别具有阻尼效应和动力效应。该文建立理论分析模型,考虑运行和停机两种工况,分析工作状态影响风力发电机地震响应的规律和机理;针对NREL 5 MW基准风机,采用FAST软件分析不同风-地震组合作用下风力发电机结构动力响应,验证理论分析结果的正确性;同时,分析输入地震动方向对风力发电机地震响应的影响。结果表明：工作状态对风力发电机地震响应的影响与地震动幅值和风速有关;强震作用下,停机状态地震单独作用为最不利工况;弱震作用下,额定风速-设计地震动组合是最不利荷载组合;输入地震动方向影响风力发电机动力响应。     

三维地震动作用下适用于高耸结构的地震动强度指标

烟囱、水塔和广播电视塔等高耸混凝土结构属于高柔的悬臂结构。现有的地震动强度指标多集中于一维或二维地震动作用下的建筑结构,而高耸混凝土结构对竖向地震极其敏感,有必要开展考虑竖向地震动作用的地震动强度指标研究。该文针对混凝土烟囱和水塔结构,提出了一种同时考虑高阶振型和周期延长效应的复合型地震动强度指标,并分别在三维远场地震动和近断层脉冲地震动输入条件下,对该指标的充分性和有效性进行分析和检验。通过和既有的15种地震动强度指标的有效性对比,发现该文提出的指标在三维条件下对这类结构具有较强的适用性。因此,该指标可作为评价高耸混凝土结构抗震性能的一个合理的指标。     

适用于圆形隧道损伤评价的地震动强度指标研究

地震动强度指标是影响结构地震风险评估准确性的重要参数,在基于性能的地震工程研究框架中发挥着重要作用。合理的地震动强度指标可以使结构地震反应预测结果更加准确。为研究适用于圆形隧道损伤评价的地震动强度指标,该文基于整体式非线性动力时程分析方法,建立圆形隧道-围岩相互作用二维有限元分析模型,采用FEMA-P695推荐的近场无脉冲及远场地震动作为输入,并以衬砌横断面整体压缩损伤指数和拉伸损伤指数作为结构损伤指标评估衬砌损伤状态,对比分析了工程中常用的20种地震动强度指标在圆形隧道损伤评价中的适用性。研究结果表明:基于有效性、实用性、有益性和充分性判别准则,适用于圆形隧道损伤评价的最优地震动强度指标为持续最大加速度SMA,其次为加速度谱强度ASI。     

近场地震作用下组合横梁桥塔的悬索桥地震响应研究

在近场地震作用下,为减小桥塔塔身弯矩,悬索桥桥塔创新性地设置波形钢腹板横梁。以大渡河大桥为研究对象,基于横梁拟静力试验数据,建立结构动力数值计算模型并输入不同类型的近场地震动计算结构的地震响应,探究采用波形钢腹板横梁悬索桥的优势和近场效应对结构响应的影响规律。研究表明:采用波形钢腹板横梁的桥塔有自重轻、刚度小的优势,更符合强柱弱梁和强剪弱弯;在高烈度的近场作用下,以波形钢腹板横梁的延性作为抗震策略是合理的。脉冲效应对本桥响应影响较大,因此建议此类型桥梁应重视近场脉冲效应;而上盘效应对本桥的响应小于无近场效应的地震动,故处于上盘的桥梁是更安全的;在横向地震激励下,近场脉冲效应对主塔的位移和弯矩影响较大。     

某框架结构的抗震性能评估

摘要：以一个8层钢筋混凝土框架结构为研究对象,首先对其进行结构设计,得出各梁、柱截面尺寸及配筋布置;然后采用OpenSees程序对其中一榀框架建立二维模型,选择20条含明显速度脉冲的近场地震记录对该框架结构进行增量动力分析(IDA),同时选择20条典型远场地震记录以作对比分析。基于IDA分析的结果,从概率的角度对结构进行地震性能评估,得出结构在不同 参数及近场、远场地震作用下的超越概率、地震危险性曲线及年平均超越概率。通过对比分析发现, 参数的选择对结构地震性能评估有很大影响。近场地震由于其较高的速度脉冲,使得结构的超越概率、平均超越频率及年平均超越概率均大于远场地震。     

近断层地震动作用下多塔悬索桥的地震反应分析

以泰州大桥为原型研究了多塔悬索桥近断层地震动作用下的地震反应特点,在此基础上以近断层地震动反应幅值与普通地震动反应幅值的比值作为放大系数,进一步研究了速度脉冲效应和场地土效应对桥塔和主梁地震反应的影响规律。分析结果表明：1) 近断层地震动作用下多塔悬索桥位移和内力的分布规律与普通地震动基本相同;2) 纵向+竖向地震输入下坚硬场地上近断层地震动对主梁竖向位移的影响最大,对主梁竖向弯矩的影响次之,对桥塔纵向位移和纵向剪力的影响相对较小。当场地土由硬变软时,边塔的地震反应增幅明显,中塔次之,主梁相对较小;3) 横向+竖向地震输入下坚硬场地条件上近断层地震动对中塔横向位移的影响最大,对主梁竖向位移的影响次之,对桥塔横向剪力和主梁横向弯矩的影响相对较小。当场地土由硬变软时,主梁的横向弯矩增幅明显,桥塔次之,主梁竖向位移相对较小;4) 在近断层地震动速度脉冲特性以及场地土固有周期特性的共同作用下多塔悬索桥边塔、中塔以及主梁的地震反应存在明显差异,在抗震设计时需要引起重视。     

松软场地上桩筏基础AP1000核岛结构的三维非线性地震反应特性

松软场地上核岛结构的地震安全正成为一个挑战性的重大工程问题。选取代表性的近场强震、中远场强震和远场大震记录作为基岩地震动,考虑场地工程地质特性、土体非线性和人工边界条件,对松软场地-桩筏基础-AP1000核岛结构三维体系进行非线性地震反应分析,结果表明:核岛结构谱加速度的卓越周期与基岩地震动的基本相同,对与核岛主体结构基本频率相近的地震动分量的反应更为强烈,冷却系统水箱“晃动水”的地震反应对核岛结构的影响类似于鞭梢效应;核岛结构的峰值加速度放大系数随结构高度增大,近场和远场强震作用时,该放大效应主要取决于核岛结构自身特性及基岩地震动经土层到核岛底部的传播;核岛结构相对其底部的峰值相对位移随结构高度增大,且远场大震作用时的反应更为强烈;随基岩峰值加速度的增大,核岛结构的峰值加速度放大效应减弱、峰值相对位移反应增大。地基柔性及土-结构相互作用的耦合效应对输入地震动具有高频过滤、低频放大效应,从而使核岛结构下部的峰值加速度显著放大、中上部的峰值加速度显著减小。