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。     

海域和陆域地震动输入能量与强度指标相关性

为给概率地震危险性分析提供依据,研究了海域和陆域地震动弹性输入能量与其他地震动强度指标的相关性及海陆差异。基于日本K-NET台网的271次地震事件,包含1 784条海域地震动记录和4 480条陆域地震动记录,通过相关性分析选取了7个代表性强度指标。首先,计算了不同震中距下强度指标与绝对和相对输入能量的相关性,并从不同周期段及震中距的角度分析了结果;其次,对不同阻尼比下强度指标与绝对和相对输入能量进行相关性分析;最后,对比了海陆强度指标与输入能量的相关性差异。结果表明：在不同周期段,海域和陆域地震动与输入能量相关性最好的强度指标多数相同,但在不同震中距下,强度指标与输入能量相关系数的极值存在海陆差异;在不同阻尼比下,同一强度指标与输入能量的相关性存在海陆差异,初步分析发现该差异可能是海域地震动低频成分丰富造成的。因此在研究输入能量与强度指标相关性时,需考虑阻尼比、震中距的影响。相关结论可为海陆概率地震危险性分析相关研究提供参考。     

近断层脉冲地震动作用下土石坝动力响应分析

近断层脉冲地震动往往会对近场工程造成严重的破坏,为了探究其对土石坝的影响,基于OpenSees有限元软件,对40 m高的黏土心墙土石坝在近断层脉冲波作用下的非线性动力响应进行了二维数值模拟.在输入地震动峰值加速度相同(均为0.3g)时,脉冲波作用下土石坝的动力响应及变形明显大于非脉冲波作用下的响应及变形,液化区域较非脉...     

脉冲型地震动下建筑非结构构件加速度响应估计

基于前向性效应脉冲型地震动的三角函数近似模型,推导了脉冲地震动作用下无阻尼和有阻尼单自由度结构的位移和加速度响应的解析式。选取25条脉冲型地震动,开展了地震响应时程分析,回归拟合了楼层反应谱相对于楼层加速度峰值的放大关系。基于脉冲作用下的主结构加速度响应峰值和楼面反应谱相对于楼面加速度峰值的放大因子,建立了脉冲型地震动下的楼层反应谱的预测方法。数值计算结果的对比表明,文中方法可以较好地用于脉冲型地震动引起的楼面反应谱的预测,可用于建筑非结构构件的地震响应计算。     

超高层混合结构增量动力分析的地震动强度指标

在进行超高层结构设计时,地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据,对结构的安全至关重要,但目前并没有统一的结论,因此,对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义.在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上,提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标(S)a％,地震动强度指标(S)a...     

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。     

近断层地震动强度参数的方向性特征研究

为定量比较地震动的强度参数,基于钢筋混凝土框架结构模型开展非线性时程响应分析,比较分析了层间位移角随地震动入射方向的变化特征,对比32种地震动强度参数的方向性差异,研究了算数平均、最大值、平方和平方根3种双向组合强度参数的适用性,并提出了考虑地震动入射方向影响的结构易损性评估方法。结果表明,近断层脉冲型地震动强度参数也具有显著的方向性差异,基于算数平均、平方和平方根的双向地震动强度参数表现相对较好,基于速度指标的组合强度参数适用于中、长周期结构,而基于加速度的组合强度参数适用于短周期结构。     

三维地震动强度非平稳特性的相关性研究

提出了可用于三维地震动相关性分析的四段连续型强度包线函数模型及其估计方法 ,对三维地震动强度非平稳特性的相关性进行了统计分析并给出其设计取值建议。     

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_a（0.2）,S_a（1.0）,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_a（1.0）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.     

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。     

地震动参数及结构整体破坏相关性研究

为研究地震动参数之间的相关性,以及地震动参数与结构整体破坏指数之间的相关性,分别研究了远场地震动参数之间的相关性和近场地震动参数之间的相关性;比较了远场和近场地震动参数相关性之间的差异及远场和近场地震动参数与结构整体破坏指数之间的相关性.结果表明,某些地震动参数间存在着很强的相关性,近场地震动参数之间的相关性普遍弱于远场.给出了可用来估计结构破坏程度的地震动参数.     

长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析

为了研究长周期地震动作用下高层框架结构的抗震性能,利用地震损伤评估体系对高层结构进行损伤分析.在分析总结结构地震损伤模型的基础上,以一幢12层混凝土框架结构建筑为研究对象,利用振动台试验结果,采用数值模拟方法,从结构整体损伤和材料损伤2个层次进行了长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析,并与普通地震动作用下的结果进行了比较研究.结果表明：长周期地震动作用下结构的整体损伤指标明显大于普通地震动作用的结果,且混凝土损伤分布范围更广,为高层结构基于性能的抗震设计提供了参考.     

Strong ground movement induced by mining activities and its effect on power transmission structures

Surface mining activities may introduce damages to nearby infrastructure. Concerns are put forward by the power company about structural integrity of electric power transmission structures in areas where coal mining activities cause strong ground vibrations. Common practice in the power industry is to limit ground motion by specifying maximum Peak Particle Velocity. So far, there is a lack of industry-wide recognized guidelines on how ground vibration limits should be set for the transmission structures. In order to develop a defense strategy to protect power transmission lines against strong ground motions in mining areas, a systematic research work was conducted to establish strong ground vibration characteristics and to study impacts of ground excitations on transmission pole structures. Ground movements were recorded using geophones and wireless tri-axial sensing units. The process of generating ground motion response spectra via analyzing actual ground motion measurements is described in the paper. These spectra developed based on peak particle velocities were used as a basis for spectral analysis performed using validated Finite Element models to obtain structural displacements, reactions and stress states of the transmission pole structures in the mining sites. A quantitative ground motion limit was established by comparing structural responses with the corresponding design requirements.     

脉冲型地震下竖向不规则重力柱-核心筒结构的弹塑性地震响应

研究了速度脉冲型地震作用和结构竖向不规则双重不利条件对结构弹塑性地震反应的影响。设计了20层和30层的新型重力柱-核心筒典型结构,通过改变底层刚度得到一系列竖向不规则结构。分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录,采用CANNY软件对竖向不规则重力柱-核心筒结构进行弹塑性动力时程分析,研究速度脉冲效应和竖向不规则对结构弹塑性地震响应的影响规律。结果表明,速度脉冲地震下结构层间剪力、层间位移和倾覆力矩均明显高于非速度脉冲地震下的对应值;竖向不规则对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角随着竖向不规则比率的减小而增大,层间剪力和倾覆力矩则呈略微减小的变化趋势。建议在新型重力柱-核心筒结构设计中应考虑速度脉冲地震和结构竖向不规则的耦合影响。     

砌体结构的地震动潜在破坏势研究

为了研究地震动参数和砌体结构在地震作用下反应的相关性,将15个地震动参数按特性(峰值、频率、持时和能量)分成四类,将地震记录按地震动三要素(峰值、频率、持时)分成三组,求出每组记录作用下砌体结构的延性系数,计算出各个参数值和延性系数的相关系数,比较分析这些相关系数可以发现:有效峰值加速度能够体现地震动对高层砌体结构的潜在破坏势;地震动峰值加速度能够非常好的表征对短周期脆性结构的破坏势;能量参数对低层砌体反应存在一定相关性;持时参数和砌体结构的反应没有关联.     

结构多维随机地震反应分析及抗震设计计算方法的研究

总结了近年来作者及其合作者在多维地震动和结构多维随机地震反应分析与抗震设计计算方法方面的一些研究成果，并指出了需要进一步研究的课题．     

921台湾集集地震的烈度等震线

根据收集到的9.21台湾集集大地震南投县、台中县、台北县和苗栗县的建筑物震害资料绘制了烈度等震线图,并与同一地震中记录到的地震动加速度峰值等值线图做了比较.对比结果显示二者在形状和覆盖范围上吻合的较好,从一个侧面印证了本文提出的基于宏观震害的烈度等震线图是正确的、合理的.由于这次地震中受害的主要是单层的土坯、砖石脆性结构,以及不高于7层的钢筋混凝土结构,两张等震线图的相符也大致说明地震动峰值加速度是导致脆性结构破坏的主要因素,它能够在一定程度上体现地震动对这类结构的潜在破坏势.     

脉冲型地震动作用下大跨输煤栈桥的动力响应

为研究近断层脉冲效应对火力发电厂钢结构输煤栈桥地震响应的影响,以某典型输煤栈桥结构为研究对象,采用基于能量的脉冲地震动识别方法,选取9条不同脉冲周期的近断层脉冲型地震动,利用标准脉冲数学模型的方法,剔除所选地震动中的脉冲成分,从而获得相应的9条非脉冲地震动。在此基础上,采用动力时程分析方法,对比脉冲地震动与非脉冲地震动对该典型输煤栈桥结构地震响应的影响。研究结果表明：脉冲型地震动会对输煤栈桥的地震响应产生显著影响,特别是脉冲周期与结构自振周期接近时,三向输入时脉冲效应对输煤栈桥结构响应的放大作用最明显,其最大放大系数为2.1;在脉冲型地震作用下,输煤栈桥的柱顶水平位移为弹塑性位移限值的1.36倍,将产生超出预期的严重破坏,其钢桁架跨中挠度为正常使用限值的2.97倍,将会严重影响结构的适用性及附属设备的安全。因此,在对近断层区域内的输煤栈桥结构进行抗震设计时,有必要考虑脉冲效应和地震动多维性对结构地震响应的影响,否则将低估结构的动力响应。