大跨度空间结构考虑行波效应的地震动随机响应分析

《建筑结构抗震设计规范》（GBS0011—2001）中所采用的地震反应分析方法没有考虑地震激励的空间变化效应,本文针对此建立了考虑地震动行波效应的大跨度空间结构地震反应分析方法,并对一五跨钢筋混凝土连续梁桥进行了行波激励下地震反应的有限元数值模拟,并与常规反应谱方法及一致地震激励的计算结果进行了比较,结果表明单独考虑地震动空间效应中的行波效应对大跨结构地震响应影响显著。     

长周期地震动的场地效应与大跨桥梁结构的动力响应分析

对长周期地震动作用下大跨桥梁结构的地震反应作了研究分析。首先,选用两条典型的基岩长周期地震波,进行频谱特性分析;然后,以基岩长周期地震波作为输入,对一场地土层进行了长周期地震反应分析,获得其地表面的地震动响应时程,并以此地震动时程作为输入,对某大跨度桥梁结构进行了动力响应分析。结果表明,长周期地震波作用下桥梁结构基底反力及主要截面内力的最大值均大于普通地震波作用下的结果,地震波行波输入对桥梁结构主要截面内力产生较大的影响。     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

基于远场长周期地震动的基线漂移处理研究

文中选取远场长周期地震动作为研究对象,采用不同处理方法进行了处理,得到本文所采用的方法更适合于远场长周期地震动处理.     

长周期地震动作用下大跨径斜拉桥响应分析

为研究长周期地震动对大跨径桥梁地震响应的影响,分别选取了若干长周期地震波和普通地震波进行频谱特性对比;以某特大跨径斜拉桥为例,建立了有限元模型,采用非线性时程分析方法对比分析了2类地震动作用下该桥的地震响应。为控制大跨径斜拉桥在2类地震动激励下梁端的位移响应,选用了弹性连接装置和液体粘滞阻尼器2种措施对比研究了其减震效果。结果表明:长周期地震动对大跨径桥梁的位移及内力响应影响显著;在长周期地震动作用下,弹性连接装置的位移控制效率较低,并会导致结构内力的大幅增加;参数合理的液体粘滞阻尼器的控制效果具有较好的广谱性,即在普通地震动和长周期地震动作用下均有较好的减震效果。     

长周期地震动作用下超高层建筑结构响应研究

超高层建筑结构自振周期相对较长,易受长周期地震动影响,是抗震设计时值得关注的问题。从PEER强震记录库中选取了Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地共410条工程中常用的强震记录,以一栋高250m、自振周期为6s的超高层建筑结构为例,从输入与输出两个层面对长周期地震动作用下的结构响应进行研究。输入层面,以规范设计反应谱为比较基准,通过分析地震动加速度反应谱,了解不同场地地震动的频谱特征;输出层面,以规范设计反应谱作用下的基底剪力为基准,通过分析超高层建筑结构在各类场地地震动作用下的基底剪力,获得不同场地地震动作用下的结构响应水平;同时,引用日本国土交通省公布的长周期设计地震动进行横向比较,通过弹塑性时程分析得到的不同时刻下结构塑性转角分布情况及发展规律,揭露长周期地震动作用下结构的响应特征与控制因素。     

考虑地震动行波效应的大型岩体地下洞室动力非线性反应分析

水电站地下厂房岩体洞室具有高边墙、大跨度和长轴线的特点.通过进行大量的数值模拟工作,研究这类长轴线(线长度为300～400 m)大型岩体地下洞室在不同地震动幅值的一致激励和行波激励作用下的动力非线性响应.数值计算中,洞室岩体采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑几何大变形非线性效应.对比分析一致与非一致2种地震动输入情况下该岩体洞室的动力响应.研究结果表明,对于具有同一频谱特性的地震动而言,地震动幅值对于地下洞室地震响应起决定性作用;当地震动幅值较小时(地震动幅值＜0.1 g),地震动行波效应对地下洞室的地震反应影响不大;当地震动幅值较大时(地震动幅值＞0.2 g),地震动行波效应会显著增加地下洞室的损伤破坏.因此,在进行类似的地下岩体洞室设计和地震动安全评价时,对于建在烈度较低区域的岩体地下洞室,可以不考虑地震动行波效应的影响,而对于建在烈度较高区域的岩体地下洞室,则应考虑地震动行波效应的影响.     

基于小波包变换的长周期结构高频地震动瞬态反应研究

高频地震动对长周期结构的影响往往不被重视,结构瞬态振动的作用通常被忽略。借助小波包分解,以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在实际地震动作用下的瞬态反应计算。通过长周期和短周期结构工程实例的瞬态反应计算,揭示了长周期结构在高频地震动作用下的瞬态振动规律。研究结果表明,结构在低阶振型的振动位移主要受瞬态反应的影响;长周期结构在高频地震动作用下随建筑物高度的增加,瞬态振动的影响愈加显著。因此,高频地震动作用下,长周期结构的瞬态振动不能被忽略,其最大值甚至超过结构在地震激励期间所发生的共振位移,由此提出以结构基本自振频率与激震频率之比值作为划分长、短周期标准的建议。     

远场长周期地震动选取及界定

将东日本地震的97组地震动进行近远场地震动的划分,数据采取于强震动观测台网K-NET(Kyoshin Net);然后进行分析,用β谱曲线平滑段(2 s~10 s)的谱值,进行周期平方加权值βL的计算,以βL值是否大于0.4作为界定长周期地震动的标准。其中,采取βL0.4的长周期地震动与0.2≤βL≤0.4中长期地震动作为样本进行研究。     

特殊长周期地震动作用下超限高层建筑结构地震响应分析北大核心CSCD

近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,对这两类地震动作用下长周期结构特别是超限结构响应的对比研究还很少。以集集地震动记录为数据基础,各选取10条具有代表性的近断层脉冲型地震动记录和远场类谐和地震动记录,首先对两类地震动的频谱特性进行了对比研究,分析了两类地震动的特点,在此基础上,以所选取的这两类地震动分别作为输入,对一个超限高层结构分别进行了8度(0.2g)多遇水准地震作用下的弹性时程分析和罕遇水准地震作用下的弹塑性时程分析,并对两类特殊长周期地震动作用下的结构位移响应和加速度响应结果做了比较研究。结果表明,近断层脉冲型地震动和远场类谐和地震动作用下结构的最大层间位移角都接近规范限值甚至超出限值,远场类谐和地震动作用下的结构位移响应和加速度响应都大于近断层脉冲型地震动输入下的相应响应。因此,对长周期结构进行抗震性能分析时,选择远场类谐和地震动更加偏于安全。     

行波激励下大跨度桥梁考虑SSI效应的地震响应分析

为了研究行波效应和SSI效应对大跨度钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥非线性地震响应的影响规律,选取ElCentro地震波、唐山地震北京波,分析了某六跨钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥在一致激励和行波激励下的非线性地震响应,研究了行波效应和SSI效应对该刚构—连续梁组合桥地震响应的影响规律。结果表明,行波效应增大了箱梁的受力,箱梁应力峰值随视波速增大单调递减;行波效应使墩梁固结桥墩的受力和变形呈非单调变化规律,地震响应峰值随视波速增大而先减小后增加;SSI效应增大了桥梁结构地震响应,其峰值随剪切波速增大单调递减;同时考虑行波效应和SSI效应,地震响应峰值随视波速变化曲线的拐点位置和切线斜率均发生改变,其地震响应幅值不是两种效应影响下的简单叠加;行波效应和SSI效应对桥梁地震响应的影响程度随地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异。     

竖向地震下双塔楼结构的行波地震反应分析

以北京LG大厦为研究对象,应用通用有限元软件建立计算模型,对该结构进行竖向地震作用下的行波地震反应分析,给出了该结构顶部典型节点的位移和加速度以及双塔楼框架柱位移、层间位移和内力等,并与在一致输入激励下的地震反应进行比较,继而考虑水平和竖向地震同时作用的行波效应对结构地震反应的影响,探讨了这些节点和框架柱的相关物理量在地震行波作用下的变化规律.将双向(水平和竖向)地震作用下的反应与水平地震作用下的反应进行比较,探讨了双向地震作用下竖向地震作用对结构地震反应的贡献.结果表明:行波效应对结构地震反应的改变较大.     

行波激励下多跨连续梁桥地震反应分析

多跨连续梁桥纵向延伸长度比较长,进行地震反应分析时应考虑地震波有限波速传播所引起的行波效应.以某长江大桥南引桥为例,推导了行波输入时结构的运动方程,并对其进行行波激励下地震反应的数值模拟,将结果与一致激励的结果比较,分析行波效应对于此类桥梁影响的规律性以及影响行波效应的因素.     

大跨斜拉桥非一致激励地震响应研究

以海南某拟建斜拉桥为例,计算了该桥的动力特性,分析了该结构在一致输入地震激励和非一致输入地震激励下的非线性地震响应。计算结果表明:与一致输入地震激励下的结构响应相比,在非一致输入地震激励下桥梁结构最大响应值均有不同程度的增大。考虑纵向行波效应时,结构的纵向位移以及关键部位的内力响应值增大,这些响应值将随着地震波波速的提高而减小,并逐步接近一致输入地震激励下的响应值。     

行波效应对双塔楼结构抗震设计的影响

以北京LG大厦为例,讨论了双塔结构多维地震动的行波激励效应对结构抗震设计值的影响。首先进行了结构静力荷载作用下的反应分析,并与结构在一致激励下的地震反应相组合,得到一致地震作用下结构抗震设计值;然后进行结构行波输入下的地震反应分析,将其与静力反应组合得到行波地震激励下结构抗震设计值。考察在一致输入和行波输入下得出的抗震设计值之间的差异,分析了不同的地震激励方式对结构抗震设计值的影响。     

行波激励对千岛湖大桥地震响应的影响

钢管混凝土拱桥因为其优秀的结构特性在工程界中得到越来越多的广泛应用。并且随着工程与科学技术的发展和实际工程的需要,钢管混凝土拱桥的跨度越来越大,单纯的一致激励已经不能满足工程抗震的需要。因此,本文对杭州千岛湖1号大桥一致激励与多点激励下的地震响应进行数值模拟,并分别选取一至四类场地波进行了行波效应的分析。结果证明,大跨度拱桥在一致激励和行波激励下会出现迥异的响应。     

钢筋混凝土大底盘工程场地地震响应分析

水平土层场地尤其是特殊地形的场地地震响应计算是工程场地安全性评价的重要内容。本文以上海某在建超高层建筑中钢筋混凝土大底盘工程场地为背景,对其深覆盖土层场地进行了地震响应计算分析。为研究地震作用下刚性大底盘可能产生的地震动摆动效应,采用工程场地地震安评报告提供的3条地震波进行了一致激励和行波激励的地震响应分析。计算结果表明,混凝土大底盘具有刚体运动的特点,且具有一定的摆动效应,地震动强度越小,地震波激励方式引起的摆动效应差异越大。行波激励下底盘各点水平加速度响应较一致激励有所减小,按沿基岩一致地震输入进行土层地震反应分析偏于安全。     

大跨度双塔悬索桥在地震动行波激励下的响应规律研究

本文以一座主跨850m的大跨双塔悬索桥为工程背景,采用时程分析法研究了行波效应大跨双塔悬索桥地震响应的影响。通过建立三维有限元分析模型,在分析了大跨度双塔地锚式悬索桥动力特性及一致激励下地震响应规律的基础上,进一步探讨了行波效应对大跨双塔地锚式悬索桥地震响应的影响规律。分析结果表明:地震波纵向行波作用下,主塔的地震响应随着视波速的减小而先减小后增大;主梁的竖向振动则较一致激励下显著增大;主缆及吊索轴力则受地震动行波效应的影响不大。     

非一致输入下空间索结构的地震响应分析

分别以多点输入法和行波法对大跨空间索结构的两个实际工程进行了水平与竖向地震时程分析,并与一致输入法计算的结果进行对比。最终对非一致输入与一致输入下结构响应的差异,以及结构是否需要考虑非一致输入的范围、行波法的精度等方面得出了一些重要结论。     

基于多点激励的大跨径高墩连续刚构桥行波效应分析

依托跨径布置为(68+128+68)m的某铁路预应力混凝土连续刚构桥,采用通用有限元软件建立空间动力模型研究了该桥的动力特性,对该桥在一致激励和行波效应下的内力和位移进行了对比分析。多点激励作用下的位移结果比一致激励作用下的结果大,并且随着波速的增大而逐渐逼近一致;行波效应对主墩墩顶和墩底截面的弯矩和剪力的影响明显。研究成果可为大跨径高墩铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。