近场地震竖向效应对结构位移的影响

基于30组近场地震记录,研究了近场地震竖向效应对结构位移的影响。对6层和10层框架结构算例分别输入每一组近场地震记录进行动力时程分析,时程分析统计结果表明,近场地震竖向效应对框架结构楼层及层间位移具有明显的增大作用,必须引起地震工程界研究、设计人员的高度重视。     

考虑行波效应的地震反应谱统计研究

现阶段研究表明,地震行波效应对大跨度结构的动力响应具有不可忽视的影响。文中在多支座单自由度体系动力响应分析的基础上,研究了行波地震反应谱的统计规律。选取了Northridge地震的280条实测地震动记录,并按照场地类别进行分组;针对特定地震视波速,计算了各类场地对应的行波地震反应谱,并对其均值和标准差进行了统计分析。研究结果表明,均值意义上,行波效应将降低地震反应谱谱值,降低效果在反应谱低周期范围内较明显,反应谱的离散性也随之减小。     

不同谱匹配地震动对RC框架结构地震易损性的影响分析

地震动谱形特征对结构地震响应分析至关重要，因此应考虑地震动谱形、选取合适的地震动记录以分析结构易损性。选取条件参数不同，但加速度反应谱值与设计谱相同的4条条件均值谱，分别基于条件均值谱和设计谱进行地震动记录的选取与谱匹配，并通过输入得到的12组地震动记录对一个5层算例结构模型进行增量动力分析，进而分析谱匹配方法以及条件均值谱对结构响应结果和地震易损性结果的影响。分析结果表明：输入谱匹配后的8组地震动记录，其工程需求参数分析结果的离散性明显降低且响应结果无明显偏差；以设计谱为目标谱时，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为集中，而以条件均值谱为目标谱时，由于条件均值谱参数的不同，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为分散。     

成层场地由基岩反应谱直接计算地表反应谱的等效线性化方法

以太平洋地震工程中心NGA强震数据库为基础，同时收集并分析处理了2008年汶川地震和2011年日本太平洋冲地震的强震记录。通过对近4000个水平地震记录的分析，获得了水平地震动峰值速度(PGV)与阻尼比5%的最大拟速度谱值的简便统计关系式，并与已有研究进行对比验证了该公式的适用性。为了将该公式应用到场地地震反应分析中，用该关系式对近场强震记录进行了回归分析并验证了其适用性。对于水平成层场地，利用笔者提出的PGV与最大拟速度谱的关系式以及速度与应变的近似关系，可由该层的反应谱计算其等效应变，从而可按照等效线性化方法的原理求得传递函数。以加速度反应谱与功率谱密度函数之间的相互转换关系为基础，以功率谱为载体，假定输入地震动为平稳随机过程，根据随机振动理论可由传递函数和输入功率谱算得各层的反应谱。对实际工程场地和竖向钻孔场地的分析表明，该方法有较好的计算精度和适用性。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

基于强震记录的统计分析及非定常反应谱研究

强震观测是地震工程学的基础。在汶川地震中,全国的强震观测台站记录下了许多的强震记录,给强震记录分析提供了很好的数据基础。地震反应谱理论是对加速度记录特性进行深入研究分析后而取得的一个重要成果,是结构抗震分析的主要方法。然而传统反应谱理论中结构地震反应最大值仅仅是周期的函数,没有考虑持时要素对反应谱的影响。鉴于此,提出非定常反应谱的概念,它是在常规反应谱的基础之上引入时间因素,将地震动分段来研究,充分表现出反应谱的时变特性。最后以汶川地震强震记录为背景提出两种方法研究持时要素对反应谱的影响。     

某超高层建筑场地地震设计反应谱研究

场地地震设计反应谱是超高层结构抗震设计的重要依据,关系着结构设计的安全性和成本。结合某超高层设计案例,分析了不同超越概率对场地地震设计反应谱和水平加速度峰值的地震危险性概率贡献分布的影响,比较了场地地震设计反应谱与天然波平均反应谱的取值,验证了场地地震设计反应谱的可靠性。结果表明,对于超高层结构的抗震设计除考虑近场地震影响外,还应考虑远场大震影响,利用本文所述方法获得的天然波反应谱可用于结构抗震设计验算并能提高结构设计安全性。     

规范反应谱长周期部分修正方法的探讨

为将反应谱方法应用于长周期大跨度桥梁结构的抗震设计,本文探讨了对现有公路工程抗震设计规范中地震反应谱的长周期段进行修正的方法.数字化强震记录反应谱的计算结果表明,地震动水平分量的位移反应谱可以有一个明显的峰点.同时当周期无限长时,地震动相对位移反应谱应等于地面运动位移最大值.以此为基础,增加了表达长周期地震动反应谱特性的参数.经过修正和补充的规范化反应谱可用于长周期大跨度桥梁结构的抗震设计.     

基于汶川地震记录及遗传算法的加速度设计反应谱

现行加速度反应谱的长周期段太短且其取值出现需要抬高和降低两种大相径庭的研究结论;反应谱的特征周期(T_g)与动力放大系数(b)取值也存在争议。该文从中国国家强震动台网中心（CSMNC）数据库中筛选汶川地震主震记录421条,根据地面运动峰值加速度、场地和地震分组对地震记录进行分类,计算常规地震记录与长周期地震动记录的反应谱,与规范反应谱对比。同时,基于遗传算法和a_max-T_g四阶段拟合模型,利用得到的地震记录进行设计反应谱拟合,并对设计反应谱拟合模型的各种参数进行标定和校验,对规范设计谱的主要特征参数给出修正建议。研究结果表明：常规地震动计算得到的反应谱长周期段的值比规范设计反应谱要低,而长周期地震动反应谱的长周期段的值比规范设计谱要高,揭示了两种不同研究结论的根源;拟合得到的加速度设计谱与实际反应谱吻合程度要好于规范设计谱;说明了补充长周期地震动设计反应谱的必要性,为规范设计反应谱的修订提供参考。      

中硬场地概率反应谱研究

现代反应谱是以平均值作为设防水准的,但缺乏统一的概率保证,需要从概率意义上研究反应谱。搜集了中硬场地上反映最新地震活动情况的205条地震记录,建立了不同区间—周期下的三维分布概率图,发现概率图中反应谱与均值谱的比值难以集中在平均值附近,以均值确认反应谱的设防水准是不合理的。因此,建立了三维累计概率图,求得不同概率保证率下的反应谱;最后拟合8度设防水准下,不同概率保证的地震影响系数和周期之间的函数关系式。     

近场地震动峰值加速度及频谱衰减特性研究

计算分析了333组震中距小于40 km的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录的峰值加速度和3种频谱周期参数,采用回归分析方法,探讨了场地类别、震级、震中距等因素对近场地震动特性的影响特征,并统计给出了不同类别场地和震级档的近场地震动峰值加速度和频谱周期的衰减关系。结果表明:震中距是影响近场强震动峰值加速度和频谱特性的重要因素,随着震中距的增大近场强震动峰值加速度逐渐减小;特征周期参数基本上满足随着震中距增大而增大的趋势,且场地越软这一趋势越明显;因为近场地震动的复杂性,场地类别和震级对峰值加速度和特征周期有一定的影响,但具有不确定性。竖向与水平向地震动的加速度峰值比均值为0.60,但约有1/3的强地震动记录加速度峰值比大于2/3;竖向地震动的特征周期约为水平向地震动的0.8倍,且场地越软该值越小。     

汶川Ms8.0地震四川及邻区数字强震台网记录

2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震是龙门山构造带逆冲–右旋错动的结果,四川数字强震台网共获取133组三分向加速度记录,结合陕西、甘肃部分台站观测结果,根据原始记录绘制的加速度峰值等值线呈长轴为NE方向的不规则椭圆形,与地震影响烈度分布具有较好的一致性。进一步分析发现,该次地震的加速度记录具有比较明显的方向性效应和断层上盘效应,即沿破裂传播的NE方向加速度峰值衰减显著慢于SW方向;而处于断层NW上盘的地震动峰值衰减明显慢于SE下盘,出现系统性偏高现象,且在发震断裂的映秀—北川段更为显著,与震源破裂的方式和过程具相关性。另一个现象是近发震断裂的竖向(UD)与水平向(H)地震动峰值的比值明显高于远场,在近断层附近比值在1.0左右,与现行的《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)规定的比值2/3存在较大差异。随断层距的增加,加速度反应谱峰值逐渐移向长周期,当断层距大于200km时更为显著,但在近断层100km时存在速度大脉冲现象。     

地震震源机制对长周期地震动的影响研究

长周期地震动特性的研究对自振周期较长的大型结构的抗震设计具有重要意义。利用1997年新疆伽师强震群的宽频带数字地震记录,研究了震级大小和震源机制对长周期地震动特性的影响。结果表明:地震震级对长周期地震动的影响较为明显,震级越大,长周期地震动的成分越多;与走滑型地震相比,倾滑型地震的垂直向长周期成分更为丰富;走滑型地震的水平向长周期加速度反应谱值高于正断层型地震的水平向长周期加速度反应谱值。     

水平与竖向加速度-时程曲线叠加效应下边坡永久位移计算的极限上限分析

实际边坡动力稳定性受地震竖向与水平方向效应共同作用,传统边坡地震永久位移计算方法较少考虑竖向地震波影响,采用实际地震的竖向与水平方向加速度时程曲线共同效应更符合工程实际。基于极限分析上限法和Newmark刚塑性滑块模型,提出一种基于实际水平向与竖向地震加速度时程曲线的边坡永久位移计算改进方法,以3个工程边坡为例,探讨了两组具有代表性实测典型水平和竖向地震地面运动记录对边坡地震永久位移计算的影响。研究结果表明:不考虑竖向地震加速度时程曲线时,本文方法可蜕化为与前人方法兼容;不同地震波的竖向与水平地震动时程曲线的叠加效应不同,竖向地震对边坡永久位移的影响不可忽略。     

Effect of the vertical earthquake component on permanent seismic displacement of soil slopes based on the nonlinear Mohr–Coulomb failure criterion

In the present study, a model is developed to calculate the upper bound of the seismic displacement of a slope based on the sliding rigid block model. In this model, it is assumed that the geotechnical materials satisfy the nonlinear Mohr–Coulomb (M–C) failure criterion, and the instantaneous shear strength parameters are introduced by the “external tangent method”. A sequential quadratic program, based on the nonlinear iteration procedure, is also employed to obtain the optimal solution for the objective function. Using the upper bound method and the Newmark sliding rigid block model, the effect of the vertical earthquake component on the permanent displacement of slopes is studied under the following two conditions: (1) It is assumed that the vertical acceleration is in phase with the horizontal acceleration; (2) Actual vertical ground motion records are used (i.e., the vertical and horizontal accelerations are mutually independent). The results show that the nonlinear parameter m significantly affects the permanent displacement of slopes, and that the effect of the vertical earthquake component on permanent displacement cannot be ignored. The impact of the vertical earthquake component on slope stability will be overestimated if the vertical acceleration is in phase with the horizontal acceleration.     

Probe into several important concepts in Chinese current seismic response spectra

在使用规范反应谱时常将绝对加速度谱、拟加速度谱、伪加速度谱概念等同或者混乱使用,尤其对于大阻尼比且长周期的结构,采用“拟谱关系”能够获得相应谱的谱值却换算不了相应谱的频谱特性。也有认为利用“拟谱关系” 所导出的相对位移谱不符合结构动力学原理及强震反应谱统计特征。基于此,对我国现行抗震规范地震反应谱所涉及到的绝对加速度反应谱、伪加速度反应谱和拟反应谱等作了较为详细的对比,重点阐明了伪谱与拟谱,绝对加速度谱与伪加速度谱在概念上的区别与联系。鉴于我国现行《建筑抗震设计规范》反应谱是由绝对加速度反应谱标定,利用“拟谱关系”仅是一种数值近似手段,并不具有频谱特性的转换功能,分析了绝对加速度反应谱和伪加速度反应谱在抗震设计过程中的差异。基于绝对加速度反应谱进行标定的规范反应谱,总结了其在目前建筑结构抗震设计中所存在的问题,尤其是在针对超高层结构消能减震结构分析中存在不足：长周期且大阻尼比结构所受设计地震作用与其弹性内力相比明显偏大,设计偏保守;用“拟谱关系”所得换算谱的频谱特性混乱且用于设计缺乏可靠性验证。为此,提出了应分类构建反应谱的建议。     

地面运动双向最大加速度反应谱特性研究

在整理当前国内外双向水平地面运动反应谱值代表值后,本文认为考虑了记录仪器所有可能水平放置方向的加速度时程对应的所有单向加速度反应谱值中的最大值是双向水平地面运动反应谱值的最佳代表值,称其为双向最大加速度反应谱值（简称BdM谱值）。建立Ⅱ类场地地面运动数据库,考察Ⅱ类场地不同地面运动类型BdM谱和单向加速度反应谱Und谱的特性差异,结果表明：Ⅱ类场地同一地面运动类型下,二者在谱形上相似,但前者的动力放大系数普遍大于后者,且二者差距随着周期的增大而增大;同一周期谱值的平均值和标准差,前者分别为后者的1.2~1.4倍和1.1~1.4倍。另外,与BdM谱相比,我国规范Ⅱ类场地设计反应谱谱值在第一衰减段普遍偏小,在第二衰减段则低于很多地面运动类型的BdM谱值。因此,以我国设计反应谱作为设计地震力取值依据所设计出的Ⅱ类场地工程结构,其设计地震力取值水准高低不一,从而导致抗震安全性高低不一;以我国设计反应谱为目标谱选择地面运动记录预测出的Ⅱ类场地工程结构的地震反应,危险性水准不一,在统一的性能评价标准控制下,导致其实际抗震性能存在差异。     

Development of mean site-dependent response spectra for new bridge designs in Turkey

Bridges in Turkey have been designed using a modified version of AASHTO Load Factor Design Specifications. In this paper, a new design spectrum is being analysed to address the characteristics of the Turkish earthquake records. The main contribution of this study is to suggest a mean Turkish site-dependent response spectra especially for the constant velocity region by analysing a number of Turkish earthquake records. The findings are compared to the two different design spectra of AASHTO. The mean site-dependent response spectra normalised with the peak ground accelerations are analysed for certain soil conditions and for a given range of moment magnitude values. The mean site-dependent response spectra corresponding to the largest moment magnitude range is observed to lie above the design spectra for periods larger than 1.0 s. Response spectrum analyses and time history analyses are performed on selected bridges using AASHTO design spectra and the mean site-dependent response spectra to observe the differences in corresponding structural responses. Results from analyses indicate that design spectrum is conservative for small to moderate moment magnitude levels. However, for the largest moment magnitude range considered, structural responses from mean site-dependent spectra are higher than those obtained from the design spectra.