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。     

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_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.     

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。     

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。     

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.     

近断层地震作用下高层建筑结构地震响应分析

通过对13条近断层地震波进行分析,可见近断层地震波反应谱通常具有较宽的加速度敏感区.为研究高层建筑结构在近断层地震作用下的地震响应,采用上述13条近断层地震波,利用通用有限元分析软件SAP2000对20层Benchmark结构模型进行时程分析,发现随着地震波的PGV/PGA值增大,结构的顶层最大位移和基底剪力最大值均增大,说明结构的地震反应随着近断层地震波反应谱加速度敏感区的变宽而增大.对于设置了非线性粘滞阻尼器的高层建筑,当其基本周期处于近断层地震波的位移敏感区以内时,位移敏感区越窄,则非线性粘滞阻尼器的减震效果越好.     

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.     

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.     

近断层方向性效应地震作用下曲线梁桥试验

为研究近断层方向性效应地震对曲线梁桥的影响,以一座曲线梁桥为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶10的全桥物理模型,选取破裂前方区域(forward region,FR)、破裂区域(middle region,MR)和破裂后方区域(backward region,BR)地震动,进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明:FR地震动和MR地震动作用下曲线桥地震响应较BR地震动显著;单向激励时,MR地震动作用下结构响应明显,双向地震激励时,结构响应则和曲线桥与破裂方向相对位置有关;曲线桥垂直于破裂方向单向激励时,主梁绕固定墩产生水平转动,双向地震激励时,FR地震动和MR地震动作用下主梁的转动效应较BR地震动显著;相对于BR地震动作用,FR地震动和MR地震动对桥墩切向位移的放大作用大于径向位移的放大作用;曲线桥垂直于破裂方向时,主梁更容易产生转动,使得支座位移响应和梁端位移响应在低墩处显著,在抗震设计时,应合理分析避免支座脱落或落梁.     

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．