竖向加速度设计反应谱研究

鉴于我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）未给出竖向加速度反应谱表达式这一现状,本文收集292组美国地区的强震记录,研究了各种地震环境下不同结构阻尼比对谱比取值（V/H）的影响,针对场地等单一影响因素统计得出谱比平均值并采用遗传算法进行最优拟合。以场地因素上的拟合谱比为基准谱比,考虑震中距、阻尼等因素取修正以建立各地震环境下的谱比建议式。应用我国10抗震规范中水平加速度反应谱表达式和本文的谱比建议式,本文列举了一个示例地震环境,并推导出竖向加速度设计反应谱建议式,研究成果可供我国抗震规范参考。     

震级、震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析

选取世界各地的地震记录共324组,研究了竖向与水平反应谱的比值(V/H)、反应谱峰值周期(Tp)、动力放大系数最大值(βmax)、地震影响系数最大值(αmax)和2水平向峰值周期的差值(△Tp)等参数,以及这些参数与场地类别、震级和震中距的关系．结果表明:1)现行规范中V/H=2/3基本符合实际情况的;2)竖向Tp 略小于相应水平Tp;竖向Tp随震中距和震级增大,场地类别的影响不明显;3)αmax随震中距的增加而减小．当震中距离比较大时,场地条件对αmax值的影响不明显;4)2个水平向反应谱的特征周期存在一定差异,随震级的增大这一差异有增大的趋势．     

场地条件对抗震设计反应谱最大值的影响

本文利用日本KIK-NET台网85个台站242组强震记录,按照我国2001抗震规范进行场地分类,分别计算每个场地地下基岩与地表阻尼比为5%的加速度反应谱,并按照地下基岩输人地震动PGA的大小分为四个区间,研究每个区间场地条件对地表加速度反应谱的影响:Ⅱ类场地在短周期对地震动的放大作用最大,Ⅲ类场地次之,I类场地最小.结果表明反应谱最大值应随场地类别进行调整,最后给出了不同类别场地设计反应谱最大值的场地系数建议值.     

设计特征周期的影响因素

本文以我国抗震规范设计特征周期的修正为前提,统计计算设计特征周期的取值.共收集美国中西部地区437条中强地震记录,采用地震波处理软件SeismoSignal进行处理分析,并对设计特征周期的影响因素进行了研究.对强震数据库的覆盖率及可用性进行研究,表明数据采集合理.将美国数百条地震动记录按震级、震中距、场地类别等条件分类,主要统计计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地特征周期的取值,研究三因素对特征周期的影响,并进行了线性回归分析.分析结果表明:不同的场地类别和震级对设计反应谱特征周期取值有显著的影响.特征周期值随场地变软而增大,与震级具有良好的线性相关,与震中距相关性不明显.     

汉口地区长周期设计地震反应谱

从分析汉口地区所处的地震地质环境与场地岩土条件入手,考虑不同震级的潜在地震对场地长周期加速度反应谱的贡献,强调强地面运动记录长周期信号的可靠性,选用了102条水平向强地震动加速度记录.通过统计分析强震记录的平均加速度反应谱,建立了适用于柔性结构抗震设计的长周期地震加速度反应谱.     

基于双规准反应谱的抗震设计谱

以千余条水平分量地震动记录为数据基础,考虑场地条件,距离和震级的影响,对地震动的加速度规准反应谱和双规准反应谱进行了研究.规准反应谱明显受到场地条件,距离和震级的影响,但场地、距离和震级影响下的平均双规准谱之间却表现出良好的一致性,基于此建议了统一的双规准设计谱模型.考虑阻尼比的影响和与现行规范设计谱的衔接,建议了可供工程设计参考使用的抗震设计谱,并与现行规范设计谱进行了比较.     

抗震反应谱场地放大系数的研究

通过对美国西部715条水平强震观测数据分析,按照场地条件、震级、震中距3个因素分组,以Ⅱ类场地峰值加速度PGA作为地震动强度,取有效峰值加速度EPA(阻尼比为5％时,0.1～0.5s范围内加速度反应谱平均值除以2.5)作为计算标准,统计得出场地放大系数.结果表明,在同一地震强度下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的场地放大系数依次增大;在同一场地条件下,场地放大系数随着地震动强度的增大呈减小的趋势.在统计结果基础之上,提出了适用于我国抗震规范的场地放大系数建议值及其应用方法,可供GB 50011-2010抗震规范修订时参考.     

抗震设计反应谱的动力放大系数

我国现行抗震设计规范（GB50011-2010）动力放大系数βmax值为2．25,且βmax取值只考虑了场地因素,未考虑震级、震中距的影响。本文利用美国西部726条水平强震记录,从场地、震级、震中距三因素入手,考虑单一因素和多因素不同组合对βmax的影响。结果表明,考虑不同因素,统计结果有一定的差异,而仅考虑场地因素时,统计结果与目前规范取值非常接近。综合考虑各种组合情况,考虑场地、震中距、震级因素组合更能代表目前地震动的认识水平。在统计结果基础之上,建议βmax取值为2．50。     

反应谱特征周期的统计分析

特征周期是反应谱的重要参数,是工程抗震设计的关键参数,但物理意义不明确、涉及因素多、结果离散,研究成果相对较少.从反应谱的本质出发,提出了反应谱特征周期的概率法.搜集近期1491条地震记录,采用概率法（97%）和美国FEMA-450（2003）法,以中国抗震规范特征周期分类为依据,研究了反应谱特征周期的统计规律.研究表明：概率法从面积比确定特征周期,力学概念明确,确定标准统一,与美国FEMA-450（2003）法有较好的一致性;近期地震波的特征周期分布特征表明,抗震规范规定的不同场地、不同地震分组的特征周期区段,地震记录数量不同,长周期效应不容忽视.特征周期与震级、场地类别和震中距的关系复杂且离散,特征周期呈区间分布规律,分布区间值较大,区间内部定量关系仍较难确定.特征周期与震级、场地类别和震中距的相关性不明显,反应谱特征周期按场地类别、震中距（地震分组）确定,存在不确定的风险,美国抗震规范以反应谱参数直接确定特征周期的方法,抗震规范修订时值得借鉴.     

汶川地震竖向地震动衰减关系

为系统研究汶川地震的竖向地震动特征,回归出了汶川地震的竖向地震动衰减关系.在此基础上,分析场地效应和上/下盘效应对竖向地震动的影响；分析竖向加速度反应谱（a_PS,阻尼比0.05）的特征,并提出一个简单的竖向设计反应谱；利用竖向和水平向地震动衰减关系直接得到地震动竖向与水平向比（V/H）的关系,分析不同距离不同周期V/H的特征.结果表明:竖向地震动受场地效应和上/下盘效应的影响；竖向反应谱和水平向反应谱在卓越周期、特征周期、峰值的震荡周期跨度及下降段的衰减速率都存在较大的差异；V/H离散性较大,且在不同周期不同距离表现出完全不同的特征,而V/H的场地效应和上/下盘效应是由竖向和水平向地震动的场地效应和上/下盘效应的强弱不同造成的；加速度反应谱的V/H呈现出两个极值的“马鞍型”,但在不同距离具有不同的特征,近场最大极值出现在高频段（t<0.1 s）,而远场最大极值出现在低频段（t>1 s）.中国未来一段时间竖向地震动的研究到应用的过程一方面可以不断完善竖向设计反应谱,另一方面可以考虑利用V/H的关系求关键点的强度.     

山区特殊地质条件下地基-箱基-上部结构地震响应分析

以蓟县某山地建筑为工程背景,利用ABAQUS建立了岩质边坡地基-箱基-上部结构整体三维实体模型,并且建立了无限元边界,通过输入不同方向地震波研究了岩质边坡地基-箱基-上部结构的位移响应．结果表明,对于山地框架结构,竖向地震单独作用下对水平位移的影响较大,而水平和竖向地震耦合作用时竖向地震对水平位移影响较小,基本上与水平地震单独作用下的响应相同;对于台阶形箱基,水平和竖向地震耦合作用时各层最大层间位移与单向水平地震作用下的各层层间位移相比,变化趋势刚好相反,说明竖向地震波的存在对箱基层间位移的影响不可忽视．     

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.     

大断面地下结构抗震有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS,针对地震发生时地震波的单双向激励及地下结构的不同埋深等情况,分析地下结构侧壁土压力及相对位移的变化规律,得出单独水平向激励时,侧壁顶部水平位移最大,当有垂直激励参与时,侧壁顶部垂直位移最大,结构会产生剪切和扭转变形,发生ρ-δ效应．因此,在进行水平方向地震反应分析时,忽略竖向地震作用是偏于危险的．     

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。     

随机地震反应谱研究及其应用

选择Kanai-Tajimi地震动模型,基于我国现行抗震规范(GB50011-2001)并利用随机极值原理进行参数研究.给出了多遇地震作用下的模型参数,对罕遇地震作用下的模型参数进行了初步探讨.在线性单自由度体系随机振动理论基础上提出了随机地震反应谱,给出了谱值及其概率分布.利用非线性体系随机振动理论对弹塑性随机地震反应谱也进行了探讨.利用随机地震反应谱确定了某钢-砼混合支架结构的水平地震作用.随机地震反应谱能够弥补常规反应谱不能给出最大反应发生概率的缺陷,同时也能将复杂的随机振动理论和广大工程师所熟悉的抗震知识结合起来,从而促进随机振动理论在实际工程中的应用.     

竖向地震动对软土地铁隧道地震响应影响分析

为了研究地震动的竖向分量对地下结构的动力响应影响,针对某一软弱土层地铁区间隧道工程,进行非线性地震反应分析.计算模型中引入了土体的非线性本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性,隧道衬砌采用混凝土动力损伤塑性模型,模型边界设置为粘弹性人工边界,分别在模型底部施加水平向和双向地震动,进行地震反应分析,得到了地铁隧道的一些地震反应规律.结果表明;地震波的竖向分量对隧道顶底部的水平相对位移、隧道结构的动应力和隧道底部的竖向加速度均有较大的影响.因此,在工程设计中竖向地震动的影响不容忽视.     

高耸结构抗震性能的ANSYS分析

文章结合某工程实例对其进行水平和竖向地震作用下的动力分析,在分析过程中对高耸结构在水平和竖向地震作用下的特性进行了研究。重点考虑了高耸结构在二维地震作用下的P-△效应,并对考虑几何非线性与不考虑几何非线性的结果进行了对比研究。