中美抗震规范地震记录选取比较

为研究国内外强震动记录选取方案存在的差异,以中国建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）和美国建筑与其他结构的最小设计荷载和相关标准（ASCE/SEI 7[KG-2mm]-16）为例,对比其记录选取结果和结构响应的差异.本文通过设计谱参数转换,在中国同一设防水准的两个工况下分别按照两国规范的方法进行地震动记录选取,并分别输入到4层和12层混凝土框架结构中,对层间位移角和层间剪力进行了对比.结果表明:中国规范基于单一方向选取和调幅,可能导致另一方向的地震动与目标谱匹配度不高,计算结果离散度偏大;美国规范采用最大方向谱选取,具有更明确的物理意义;此外,中国规范仅规定了记录反应谱的相对误差,而美国规范规定了反应谱的下限.虽然中国做法避免了结果的保守,但是可能导致一条或几条记录与目标谱差距过大,容易造成结果存在离散性不可控;建议结合二者的优点,在控制相对误差的同时,也引入下限限制的遴选机制.     

一种基于卷积神经网络的谱匹配地震动选取方法

选取与目标设计谱匹配的地震动记录是建筑结构抗震分析与设计中的重要问题之一。鉴于卷积神经网络在图像识别与分类领域具有突出的性能,本文提出了一种基于卷积神经网络的谱匹配地震动选取方法以考虑反应谱图像的二维特征。首先阐述了通过卷积神经网络进行谱匹配地震动选取的基本原理和训练数据的生成方法,然后讨论了Keras深度学习框架中11个神经网络结构在谱匹配地震动选取中的特性,最后采用Xception和InceptionResNetV2两种性能最优的网络结构从200次地震的11462条地震动水平分量中选取与我国规范设计谱相匹配的数据。研究表明,卷积神经网络能够有效地提取反应谱图像的特征,所选地震动平均反应谱与目标设计谱之间的差异较小。本文的研究工作可为工程实践中选取与目标设计谱匹配的地震动提供方法参考和技术支撑。     

双向水平地震动的空间相关性

本文假定两个水平地震动加速度分量为平稳随机过程,根据I类场地上的强度大于0.05g的22条加速度记录的统计分析,讨论了双向水平地震动的空间相关性,给出了双向水平地震动加速度的自谱和互谱密度函数的表达式。     

双向水平地震动峰值特性的相关性研究

指出分析双向水平地震动峰值相关性的必要性,采用常规回归方法和双随机变量一致最小二乘法统计得出五组相关关系的表达式,给出工程中使用这些相关关系时的建议。     

统一光滑反应谱及其在地震动合成中的应用

为改进目前抗震设计加速度反应谱的精度和统计特征在不同周期段有所差异以及由此合成的地震动的低阶谱在频谱特性方面不够真实等问题,基于相对位移反应谱线性模型及其与高阶谱的关系,提出采用唯一函数形式表示的统一光滑加速度反应谱,在此基础上提出兼顾位移谱特性的人工地震动合成方法.数据分析结果表明统一光滑谱具有形式简单、各周期段精度均较高等优点,由此生成地震动信号能够更综合准确地满足加速度谱、速度谱和位移谱的频谱特性需求,精度较高.统一光滑反应谱在函数形式、多阶谱、弹塑性谱精度及多维性等方面具备统一性,可以应用于结构抗震分析及地震动合成.     

双向地震动作用下隔震结构概率地震需求分析

提出了双向近场和远场地震作用下,隔震结构概率工程需求分析的基本步骤和具体计算方法,以某实际隔震结构为例,给出了工程需求参数的选择、结构性能水准及抗震设防目标的具体确定.以地震波的PGA为IM,利用基于增量动力分析方法的条带调整法,计算了该隔震结构10、LS、CP各性能极限状态的易损性曲线,绘制了近场和远场地震作用下50年设计基准期内上部结构最大层间位移角和隔震支座最大位移的超越慨率曲线.根据此曲线,对隔震结构的抗震性能进行了概率评估.     

通过实测记录改进空间地震动强度非平稳性

针对空间地震动模拟强度非平稳化时容易造成合成地震动波形与实测记录存在较大差异的问题,本文通过引入实测记录,将规范中的目标设计谱分解为实测记录反应谱及两者之间的校正项,以此合成的地震动波形与实测记录相近.首先通过一算例对该法进行详细描述,在此基础上研究了不相干效应、行波效应对结果的影响.结果表明所合成结果与实测记录相似且...     

高幅值地震动参数及其潜在破坏势

为研究高幅值地震动特性与影响,并针对该类地震动改进设计谱,统计了20次地震中60条满足PGA≥1 g、PGV≥100 cm／s、PGD≥100 cm三个条件之一的地震动记录,并计算相关参数．首先综合之前提出的与地震动特性相关的破坏势评价标准,采用因子分析法对各评价标准进行降维,得到新的综合因子,实现原始变量整合与简化,并对综合因子的物理意义给出解释．同时计算了高幅值地震动记录的特征周期和最大规准谱谱值,比较与现有规范给定值的差异,针对该类特殊地震动发生的可能性,为设计谱的完善提出建议．     

地震动功率谱实用模型的低频段合理性分析

由规范反应谱合成的地震动功率谱实用模型具有较高的工程应用价值.提出从功率谱零频含量特征和地面最大位移2个方面判断地震动功率谱实用模型低频段的合理性.以多国规范反应谱为目标谱合成地震动功率谱,对比分析各功率谱低频段的合理性.分析结果表明,由加速度反应谱合成的功率谱的合理性取决于反应谱的合理性,而合理的加速度反应谱在长周期(低频)段应随周期(T)的增长以T^-2的速度下降.据此修正GB50011—2010反应谱,引入T^-2下降段,并将起始下降周期初步定为2 s.     

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.     

动态子结构法在凸起地形地震动响应中的应用

为研究山地地形对地震动放大效应的影响,满足实际工程中山地建筑地震动设计的需要,以单峰凸起地形为例,引入动态子结构法,计算地形坡角在30～60°,凸起高度20～80 m和平台段宽度50～600 m共60个不同尺寸岩质凸起地形在地震动输入下的响应,得到不同尺寸凸起地形下模型各点加速度和频谱特性变化规律.结果表明:与传统有限元分析方法相比,动态子结构法在保证计算精度的同时,能很大程度提高计算效率;凸起地形对地震动放大效应影响较大,坡脚到坡顶地震动响应不断增大,坡顶平台中点放大效应最为明显;随地形坡角和坡高增加,地形对地震动的放大效应呈增大趋势;坡角和坡高一定时,随地形宽度增加,地形凸起高度较小时,地震放大效应呈增大趋势,反之凸起高度较大时,地震放大效应呈降低趋势;地形凸起尺寸的增加会激发高频段反应的加剧,同时降低低频段反应峰值.     

竖向及水平地震作用下PSRC空腹桁架转换结构抗震性能分析

在"强转换"设计原则的基础上，提出预应力型钢混凝土（简称PSRC）空腹桁架转换层框架结构多道防线的划分和内力调整的具体方法：空腹桁架下弦梁和转换柱为最后一道防线；其次是转换层桁架中腹杆、上弦梁以及与其相连的上层框架柱；首道防线是转换层其他上抬框架梁柱。采用OpenSEES软件建立多榀有限元算例模型，进行水平与竖向地震共同作用下的弹塑性时程分析，研究其抗震性能以及竖向水平分量变化（V/H=0、0.65、1.2）产生的影响。研究结果表明：在罕遇及极罕遇地震水准下（V/H=0.65），结构可以避免整体和局部破坏，结构形成以上抬框架梁为主的混合耗能机制，总体实现了多道防线设防的设计思想。随着地震动竖向分量的增加，其影响主要表现在桁架下弦挠度显著增加，当竖向地震动较大时，其对上抬构件内力的附加影响应予以考虑。     

设计用随机地震动模型与参数的改进

在地震动平稳过滤有色噪声模型基础上，基于“二态Ｍａｒｋｏｖ，，跨越假定完善了模型参数的确定方法，建立了地震动随机模型与抗震设计规范ＧＢＪ１１－８９的联系。具体确定了模型参数（平稳持时Ｔｄ，谱强度因子Ｓ０和非平稳强度函数ｆ（ｔ）与三水准烈度（小震、中震和大震）、场地类别、近远震的定量关系，为工程结构的概率抗震设计提供了初步可用的输入地震动模型与荷载标准。     

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_MF)模型。基于S-net台网的5 680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_MF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱D_MF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_MF影响显著,低阻尼D_MF随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_MF随之增大而降低,而D_MF受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_MF略大;谱周期大于0.1 s时和小于0.1 s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_MF的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_MF模型与陆域模型差异显著,海域D_MF模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_MF模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。     

人工合成最不利地震动

输入地震动的选择和设计是应用时程分析法进行结构抗震研究至关重要的问题之一.文中针对重要结构或地震高危地区结构,提出一种考虑地震输入引起结构的地震反应或结构的地震性态趋于危险或最不利状态的地震动人工合成方法.通过三个要素:拟建场地天然地震动的相频特性;现行规范设计反应谱的幅频特性;拟建结构的卓越频率分量,人工合成最不利地震动.根据提出的数学模型编制了相应的计算程序.最后通过对某立交枢纽工程中的一座曲线匝道桥梁结构,人工合成其最不利地震动,进行相应的时程分析对比计算,例证了文中人工合成最不利地震动方法的有效性.     

连续梁桥的矢量地震动强度指标选取

为了在不显著增加计算量的前提下,简化地震动强度指标的选取流程,减小概率地震需求模型的变异性,提出针对特定场地条件和结构类型的矢量地震动强度指标选取方法. 首先基于候选的20个标量地震动强度指标（IM）,通过方差扩大因子法剔除能被其他IM线性表示的不重要IM,消除IM间的多重共线性;然后从线性无关的IM中按偏决定系数选取与工程需求参数具有显著相关性的IM作为矢量地震动强度指标的分量;同时以邯郸市南环路东延的一座预应力混凝土三跨连续梁桥为例,进行6折交叉验证. 结果表明:在训练数据集和测试数据集上,采用两步筛选后得到的矢量地震动强度指标[S_a0.2,S_a1.0,T_m]建立回归模型的离散性较采用标量地震动强度指标S_a1.0建立的回归模型分别减小13.67%、17.07%,且不存在过拟合现象. 研究结果可以为特定场地条件下的连续梁桥选取合适的矢量地震动强度指标.     

地震动的Hilbert-Huang变换与传统分析方法比较

地震动是一种典型的时序非平稳信号,采用Hilbert-Huang变换（HHT）对其进行分析较传统分析方法有着天然的优越性。文章在介绍HHT基本原理的基础上,比较了HHT与Fourier变换在适用条件、时间分辨率和谱分析结果上的差异,以及HHT与小波变换在基底、重构误差、时频分辨率和谱分析结果上的不同。分析结果表明,HHT是对以Fourier变换为基础的线性和稳态谱分析的一个重大突破,它较传统的信号分析方法更加适合地震动的处理与分析。     

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。