软土地基超高层结构条件均值谱应用研究

准确可靠的预测地震作用下的结构响应要求选择合适的输入地震动,地震动的选择最主要的步骤在于确定目标谱以及根据目标谱进行匹配、调幅的方法。常用的一致危险谱存在过于保守的问题,根据地震危险性的合成和分解而提出的条件均值谱克服了这一弊端,因而受到国内外广泛的关注。但是就目前而言,对于条件均值谱的研究在软土地基以及超高层结构方面的研究并不完善。该文以上海地区超高层建筑上海中心为主要研究对象,通过概率地震危险性分析确定了其第一自振周期点处50年超越概率10%的谱加速度值;以此为目标值进行地震危险性分解,结合上海地区衰减关系确定了上海场地平均贡献地震以及第一自振周期点对应的谱形参数,从而创建了条件均值谱。与上海规范反应谱进行对比,并运用同时匹配目标谱均值和标准差的方法进行选波。结果表明:以条件均值谱为目标谱选择的地震动离散性更大,对于长周期结构,以上海规范反应谱为目标谱偏于保守。     

近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

在加速度反应谱一致的前提下,研究了近断层速度脉冲的工程特性。首先,构造两组加速度反应谱一致的地震动时程:第一组时程为实际强震观测记录且含有明显的速度脉冲;第二组时程为以第一组时程的反应谱为目标谱合成的模拟地震动时程,在合成过程中,利用窄带时程叠加法,通过控制峰值速度可以使得这些时程不再含有速度脉冲。其次,通过分析钢筋混凝土框架结构在这两组输入地震动作用下动力响应的差异,研究了在加速度反应谱一致的前提下,速度脉冲对结构地震反应、尤其是弹塑性地震反应的影响。分析结果表明:对于层剪力、层间位移、各层最大位移等结构动力响应参数,当结构地震反应进入弹塑性阶段后,与不含速度脉冲地震动作用下的反应相比,在含有速度脉冲的地震动作用下,结构的反应有较大幅度的增大,尽管这两组输入地震动的加速度反应谱相同;在这种情况下,加速度反应谱将不能充分地体现出速度脉冲对结构地震反应的影响。     

基于特征提取和谱匹配优化的区域地震动时程构建方法EI北大核心CSCD

地震的区域构造背景和传播路径有较大差异特征,因而实际观测的地震动具有显著的区域性差异。在结构动力时程分析时,虽然人工合成方法能够提供匹配设计谱的输入地震动,但是其并不能体现出地震动的区域特征。为了模拟考虑目标区域特征且完美匹配目标谱的地震动,该文提出了一种基于智能算法的地震动合成新方法。该方法应用主成分分析算法获取目标区域地震动的区域特征,由最大方差理论提取目标区域的种子地震动,再用基于粒子群算法优化的时域反应谱匹配方法调整种子地震动的反应谱,最终构造出包含区域特征和谱匹配的地震动时程。以四川地区为例验证了该方法的合理性和有效性,合成的地震动在时域和频域上均与该区域实际地震动特征一致。该文提出的方法的优点在于合成的地震动具有显著的区域特征,且与目标谱有更好的匹配效果和更高的匹配效率,可为结构动力反应分析提供考虑区域性差异、具有低不确定性的地震动输入。     

考虑场址危险一致性的中国完备条件目标谱与记录选取

即使所处地区的宏观抗震设防烈度相同,不同城市的地震地质构造与活动性背景仍然存在差异。为使地震动输入与所在场址的地震危险性水平保持一致,该研究衔接我国第五代地震区划图的概率地震危险性分析结果,给出了完备条件目标谱的构建方法。采用与第五代地震区划图相同的三级潜源分布和地震动预测方程,进行目标场址的危险性分析与设定地震解耦,衔接三维(震级-经纬度)设定地震解耦结果,给出了考虑所有潜源走向与位置相对贡献的“完备”条件谱。以北京近郊某城市作为算例,结果表明,完备条件谱的均值介于使用长轴和短轴衰减关系的粗略条件谱之间,条件标准差高于粗略条件谱。研究给出的完备条件谱适用于我国区划图的长短轴类型衰减关系,可以很好体现潜源的空间分布特征与背景地震危险性差异。基于我国强震动记录数据库拟合的加速度反应谱相关系数得到的条件谱要略高于基于国外数据库的计算结果。为了实现加速度反应谱均值和标准差的高效匹配,该研究采取多元高斯分布的协方差矩阵近似替换完备条件谱高斯混合分布的协方差矩阵,结合贪心优化算法,选取得到满足目标完备条件谱分布的强震动记录数据集。研究结果系统给出了我国条件目标谱进行记录选取的构建思路与选波方案,...     

结构时程分析中强震记录选取研究综述

该文论述了近年来国内外在结构抗震时程分析中输入强震记录选取的各种方法,对评判指标的选取及样本容量的确定进行了分类梳理和评述。震级、震中距、场地等地震信息常作为选波的第一评判指标,而目标谱及其他地震动强度指标则作为第二评判指标。地震动强度指标已总结出数十种,它们与结构反应的相关性及其在选波研究中的优越性认识不一。以反应谱为目标进行匹配、缩放及选择的方法（目标谱选波法）,成为目前最主流的方法。目标谱的种类较多,最广泛采用的是规范设计谱,工程应用比较方便;条件均值谱方法精度较高,但如何将条件均值谱与我国规范接轨,仍需深入研究。结构反应均值估计中,反映强震记录反应谱与目标谱匹配程度的误差指标及缩放方法的取用,应力求能够选出谱形匹配较优的强震记录。随着基于性能抗震理念的深入及地震危险性概率分析方法的逐渐完善,结构反应的估计也从均值发展到概率分布,其所需的样本容量及所采用的评判指标研究仍需进一步深入。     

匹配多目标参数的地震动合成方法

地震动合成方法可为结构抗震设计和评估提供人工地震动时程,目前合成方法一般仅满足与目标谱的匹配,只考虑了地震动的频谱和幅值因素,并没有考虑地震动的持时特征.为了合成与目标区域地震动三要素相匹配的地震动时程,提出了一种应用机器学习合成地震动的方法.该方法应用基于数据驱动的主成分分析方法,从目标区域实际地震动数据库中提取用于...     

典型铁路梁桥抗震设计地震动破坏势排序

输入地震动的选取是桥梁抗震分析中的重要环节,不同的输入地震动引起的桥梁结构反应有显著差异。为了对铁路桥梁抗震设计地震动的选择提供定量依据,将"最不利设计地震动"的概念拓展并应用到桥梁抗震领域,研究典型铁路梁桥在不同地震动作用下的结构响应,得到基于结构相应参数的输入地震动破坏能力排序。首先确定了桥梁地震动输入以及评价指标,使用OpenSees对桥墩模型输入大量地震动记录进行有限元分析,通过调幅手段研究幅值与单一参数的关系,并引入颜色映射理论研究幅值与多参数的关系。研究表明:(1)当较低幅值地震动作用在结构上时,结构的地震响应与第一周期反应谱值相关性最好;(2)随着幅值的增加,结构周期增长,地震响应与更长周期反应谱值以及速度、位移参数、持时参数等的相关性会逐步提高;(3)通过动力时程计算并对墩顶位移进行比较,给出了模型在设定地震作用下的排序,结果可为相关桥梁结构的输入地震动选取提供参考。     

基于PSHA的核电厂近断层抗震设计谱构建方法

核电是一种高效、清洁的能源,随着核电厂未来向内陆区的发展,其可能会遭遇到近断层地震动的影响,但是目前我国核电厂抗震规范设计谱并未考虑近断层地震动。该文首先基于大量实际近断层脉冲型和相应无脉冲地震动记录,研究了脉冲对反应谱的放大效应,建立了修正的近断层脉冲放大系数模型;继而将地震动脉冲效应引入到近断层概率地震危险性分析中,并基于设定断层模型,给出了不同场地类型的一致危险性反应谱;通过对地震危险性结果的分解,分析了对场地最危险震级和距离,并将结果引入地震动衰减关系中得到设计谱,最后通过近断层脉冲放大系数对设计谱进行修正,得到考虑近断层脉冲效应的核电厂抗震设计谱。通过研究,建立了一种基于概率地震危险性分析框架下,考虑近断层脉冲型地震动的工程场地核电厂抗震设计谱的构建方法。     

地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析

该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.     

基于PCA及PSO智能算法的地震动合成方法——以中国西部中强地震为例

地震动数值模拟方法可为地震危险性评估和结构抗震设计和评估提供地震输入,但是由于地震动模拟参数的不确定性以及模拟技术的局限性,模拟的地震动与目标地区的实际地震动特征可能存在较大差异。随着区域强震观测数据的增多,应考虑将目标区域的实测地震动特征融合到模拟的地震动中,以体现该区域地震动的特征。但是目前尚无成熟、合理的基于目标地区实际地震动合成设计地震动的方法。为了解决此问题,该文采用机器学习中的智能算法结合区域实际观测记录合成地震动时程。基于主成分分析算法从庞大的目标区域地震动数据库中提取表征本区域地震动特征的母波,采用合理的地震动模型构建区域地震动目标谱,再应用粒子群算法快速求解地震动的母波组合系数,使加权得到的反应谱与目标谱匹配,最终使得合成的地震动既满足目标谱的频谱特征、又符合本地实际地震动的时频特征。基于该文提出的方法,以中国西部地区的强震数据为基础,验证了方法的可行性和有效性,为考虑区域差异特征的地震动合成提供了新的思路和方法。     

基于数字滤波技术拟合规范反应谱的地震动研究EI北大核心CSCD

在重要结构的抗震设计与分析中,常需要输入拟合设计反应谱的地震动时程。该研究提出一种基于数字滤波技术调整天然地震动记录拟合规范反应谱的方法,以设计谱频率控制点为中心确定频带数目与范围,针对各个频带利用无限冲激响应数字滤波器对强震动记录时程开展带通滤波,并以滤波所得频带分量为基函数重构地震动时程;以重构时程为种子时程,引入影响矩阵方法开展迭代计算逐步调整频带分量的幅值向量,直至时程反应谱与目标谱的拟合精度满足要求为止。选取3个不同类型设计谱为目标谱分别开展拟合计算,结果表明:该方法分解并重构的地震动时程与天然强震动记录在时域和频域的重合度均较高;可与不同设计谱实现高精度拟合,时程反应谱迭代收敛性好,且能较好地保留时程非平稳性,可为工程结构抗震设计与分析提供合适的地震输入。     

时程分析考虑高阶振型影响的多频段地震波选择方法研究

针对结构抗震时程分析输入地震波选择问题,以加速度反应谱（或设计谱）为目标谱,在反应谱平台段和结构基本周期附近误差双控指标中,引入了由归一化振型参与系数确定的前几阶振型的权重系数,提出了考虑多频段加权匹配的时程分析输入地震波选择方法,以充分考虑高阶振型的影响。以美国SAC Steel Project提出的9层和20层抗弯钢框架Benchmark结构为实例,为方便将建议选波方法与较多地震波输入时程分析结果进行比较,以简单地震信息初选的小型地震波数据库中的20条地震波的均值（放大系数）谱作为目标谱,以这20条地震波时程分析得到的结构最大基底剪力和层间位移角均值为目标反应,前者考虑弹性状态,后者对应弹塑性情况。将按该文方法选出的3条波输入下结构反应均值与目标反应进行了比较分析,初步证实了建议选波方法的可行性。将该文方法与ASCE 7-05地震波输入要求方法对比,在弹塑性反应状态下,两者对结构最大层间位移角沿楼层分布规律的估计以及薄弱层位置的判断均与目标反应较为一致。ASCE 7-05方法输入下结构反应均大于目标反应,偏于安全。而按该文方法输入存在高估和低估结构反应的情况,建议附加"在0.2T₁~1.5T₁（T₁为结构基本周期）区间内,3条地震波的平均谱应在目标谱上方"这一限制条件,以防止低估结构反应的情况发生。     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。     

不同场地条件下某新型核电厂房的地震响应试验研究

土-结构相互作用是准确模拟核电厂结构、附着系统和组件地震响应的重要因素。使用振动台多功能叠层剪切土箱模拟土体边界条件,对某新型核电厂房进行1:25缩尺模型地震模拟振动台试验。试验选取10组水平加速度地震动记录,按照运行安全地震动(OBE)0.15g、极限安全地震动(SSE)0.30g和超设计基准地震动(ULE)0.75g作为输入,研究不同地震动强度引起的场地土非线性反应,以及对楼层加速度响应的影响规律;该模型土-结构相互作用振动台试验表明,尽管在基岩场地上,场地仍然对结构的地震效应造成明显的放大作用,在OBE、SSE和ULE工况下,场地动力效应放大倍数分别为3.13、2.1和1.19,由于土体逐渐进入了非线性状态,这种放大作用随着输入地震动强度的增强而变小。因此,建议对基岩场地的条件进行界定,并建议在任何条件下均需要考虑土-结构相互作用的影响,特别是在对核电厂设备、管道抗震设计和地震裕度评估时,不考虑土-结构相互作用将造成评估结果偏小。     

拟合核电厂多维设计反应谱及相关峰值的地震动调整方法

依据核电厂结构的特殊性,提出了一种以核电厂多维设计用伪加速度反应谱及峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)为目标的实际地震动调整方法。该方法首先应用二阶基数B－样条小波函数模拟实际多维地震动场,然后基于离散小波变换的快速算法,将实际地震动加速度时程应用二阶基数B－样条小波函数进行分解;一方面探寻对各向分量的PGA、PGV及PGD影响最大的小波分量,另一方面通过对小波系数进行初步调整以改进时域叠加小波函数的收敛性;最后通过循环调整实现对多维目标反应谱及PGA、PGV、PGD的同时拟合。选取了四组代表不同设计地震分组的三维实际地震记录分析了该方法的可行性,结果表明该方法不仅较好的保留了原地震动的局部时频特性,且能满足核电厂抗震设计规范的精度要求。     

地震动峰值位移对单自由度体系非线性动力反应的影响

研究了在输入地震动加速度反应谱与峰值速度不变的条件下,地震动峰值位移对单自由度体系(SDOF)动力反应、尤其是非线性动力反应的影响.首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成出加速度反应谱与峰值速度相同、但峰值位移相差2倍的两组人工地震动时程.其次,利用理想弹塑性SDOF体系的初始自振周期描述其刚度特性、利用屈服强度衰减...     

曲线桥多维地震时程分析主方向研究

研究曲线桥多维地震作用下利用时程分析法时的主方向问题.首先利用基于小波变换的拟和规范反应谱的多维地震动模拟算法合成多维地震动,然后基于多维地震动作用下的结构动力方程,推导了时程分析法时求解地震激励主方向的公式,并对比计算分析了SRSS法,百分比准则等组合方法的正确性.推导的公式简单易行,可方便求得时程分析时,单维或者多维地震激励的最不利方向.对于曲线桥这种桥型,应该考虑地震动的多维性,对不同反应量,对应着不同地震激励的主方向,实际分析时,应该同时输入多维地震动,并求得最不利角度才能保证结构的抗震要求.     

考虑地形条件影响的车桥耦合系统地震响应分析

研究局部地形条件对地震作用下车桥耦合系统动力响应的影响。依据黏弹性边界理论,利用ANSYS建立了可以考虑局部地形条件的三维场地模型,并通过将输入地震动转化为作用于人工边界上的等效荷载来实现波动输入,得到考虑地形影响之后的桥梁各支点地震动时程曲线。将地震激励以速度时程和位移时程形式作用到结构上,编制计算程序,进行多点地震激励作用下的车桥耦合分析。以列车通过总长480 m的实际桥梁为算例,对考虑局部地形影响的车桥耦合系统地震响应进行了仿真分析。结果表明:考虑地形影响后,地震作用下桥梁和车辆的动力响应在峰值大小和峰值出现时间上均发生了改变,且其变化规律随桥梁所处的地形类型的不同而有所差别,说明进行车桥耦合系统地震响应分析时考虑局部地形影响的必要性。     

桥梁墩柱在近断层水平多脉冲地震动作用下响应特征分析

对桥梁墩柱在近断层水平多脉冲地震动激励下的响应特征进行了研究。采用多脉冲小波分析方法从选取的22组地震动中识别出17组为脉冲型近断层地震动并确定了相关参数。采用时域叠加小波方法将这些时程与目标反应谱匹配得到匹配时程,通过匹配前后的时程和反应谱对比验证了匹配的有效性。基于Open Sees建立了四根桥梁墩柱模型并通过模态分析与Pushover分析验证了模型的合理性与准确性,加载匹配后的地震激励并分析其响应特征。分析表明,匹配时程的反应谱与目标反应谱基本一致,模型与试验的位移延性能力相对误差不超过5%。水平面内脉冲能量最强方向的地震输入能量大于水平面其他方向的输入能量,结构对应的地震需求也最大。从位移延性需求的角度应考虑水平最强能量的输入方向,抽取一个主要脉冲波形来替代原地震输入的做法偏于危险,应考虑多脉冲形式来代替单脉冲形式。     

阻尼矩阵选取对核电厂结构地震响应的影响分析

已有研究表明时程动力法中阻尼矩阵的确定对复杂结构工程的地震响应有明显的影响,而核电厂安全相关结构在抗震分析时通常采用时程动力法。为研究阻尼矩阵的选取对核电厂结构的地震响应的影响,从比例阻尼拟合的精度出发,基于结构不同振型对结构产生的影响程度入手,建立更为精确的结构阻尼模型,即等效比例阻尼,并进一步考虑结构自振特性以加权最小二乘法拟合确定等效比例阻尼系数,提出了核电厂结构地震响应分析相应的计算方法。计算结果表明,该方法较传统比例阻尼的方法更接近精确解,是核电工程抗震分析的一个实用参考应用。