汶川8.0级地震地震动峰值加速度衰减特性分析

利用汶川8.0级特大地震中107个台站所获取的强震动加速度记录进行回归统计分析,给出了此次地震的地震动峰值加速度衰减关系.将107个台站分为上盘区和下盘区两部分,其中77个台站属于上盘区,30个台站属于下盘区.对上/下盘区进行了详细的地震动衰减特性对比分析,主要包括两个区的水平向和竖向峰值加速度衰减关系、竖向与水平向峰值加速度比值变化以及是否存在上/下盘效应等,揭示了汶川地震近断层地震动一些特性.     

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.     

基于V/H的竖向地震动加速度反应谱研究

我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定竖向地震影响系数的峰值取相应水平向的0.65倍.本文收集美国中西部地区三分量强震数据记录292组共584条,研究了竖向地震动加速度反应谱V与水平向地震动加速度反应谱H的谱比值,以及谱比值随自振周期的变化规律.主要考察了震级、震中距、场地类别和阻尼因素对谱比V/H的影响,研究震级、震中距、场地类别和阻尼因素下的平均谱比曲线形状,并与抗震规范规定的0.65进行比较,提出修改建议,建议谱比值取考虑各因素影响的建议式,研究过程中,验证了所收集强震记录的可用性及研究成果的可信性.     

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．     

统一光滑反应谱及其在地震动合成中的应用

为改进目前抗震设计加速度反应谱的精度和统计特征在不同周期段有所差异以及由此合成的地震动的低阶谱在频谱特性方面不够真实等问题,基于相对位移反应谱线性模型及其与高阶谱的关系,提出采用唯一函数形式表示的统一光滑加速度反应谱,在此基础上提出兼顾位移谱特性的人工地震动合成方法.数据分析结果表明统一光滑谱具有形式简单、各周期段精度均较高等优点,由此生成地震动信号能够更综合准确地满足加速度谱、速度谱和位移谱的频谱特性需求,精度较高.统一光滑反应谱在函数形式、多阶谱、弹塑性谱精度及多维性等方面具备统一性,可以应用于结构抗震分析及地震动合成.     

竖向地震动对地表最大剪应变的影响

提出以土剪应变幅值增量的变化作为基本指标来反映竖向地震动对土动力特性影响的分析方法,通过数值计算,在对不同地震波平均后,建立考虑竖向地震动与地表最大剪应变幅值相对增量之间的简化计算公式.简化公式中包含了场地类别、竖向和水平峰值加速度比、输入水平加速度峰值和土层厚度等主要影响因素,便于工程应用.同时,依据公式的参数分析表明,地表最大剪应变相对增量与输入水平加速度峰值成指数递增关系,与土层厚度成线性递增关系,与竖向和水平峰值加速度比成抛物线递增关系.     

西昌市海河沿岸场地地震动分析

根据西昌市海河沿岸地区的地质环境,选取21个工程场地的钻孔资料,运用一维土层地震反应程序计算其峰值加速度与峰值速度.依照中国GB5001-2001规范和美国FEMA-NEHRP规范确定了特征周期与平台值,经过加速度反应谱归一化,进而得到该场地在50年超越概率水平为63％、10％和3％的设计反应谱.结果表明,土层软硬程度对地震动加速度的幅值和频谱影响显著,软土场地对峰值加速度的放大倍数较高,且加速度反应谱谱形较宽.     

天津市区场地划分的研究

地基抗震的首要问题,是确定场地地震动参数．地震动参数是否准确,关系地基抗震的安全,也直接影响到能否真实反映上部结构所受的地震作用．笔者在地震危险性分析基础上,得到场地的基岩加速度,按一维波动理论进行土层地震反应分析,给出市区范围内两个设计阶段的分区结果和相应的地震动参数．根据市区建设的需要,将设计反应谱周期延长至５ｓ．     

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.     

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.     

上盘效应对工程结构位移反应影响分析

在断层附近的一定区域内,受到上盘效应等因素影响的地震动将显著改变结构的动力响应.针对上盘效应及与其相对的下盘效应对结构弹性及非弹性位移反应的影响进行研究.结果表明,上盘效应对(结构绝对位移的增大作用)在短周期段显著,下盘效应的增大作用在长周期段显著.尽管上盘地震动加速度峰值普遍较大,但其相对非弹性位移仅在长周期段大于下盘地震动,在短周期及中等周期段均较下盘地震动小.与远场地震动相比,在某些情况下受上盘和下盘效应影响的地震动将引起大的结构相对非弹性位移,因此将现有经远场地震动得出的相对非弹性位移关系用于近场区结构的性能评估会得到不安全的结果.     

近断层强地震动的特点

本文全面地总结和解释了近断层地震动的主要特点.近断层地震动与远场地震动不同,显著地受到下列因素的影响:断层破裂机制,相对于场地的破裂传播方向,以及由断层滑动产生的、可能的永久地面位移.这些因素导致破裂方向效应和“F ling step”效应.对于倾滑断层,还导致上盘效应.而且破裂方向效应和“F ling step”效应分别引起了双向和单向长周期速度脉冲.上盘效应导致上盘场地的地震动大于下盘相同断层距场地的地震动.对于垂直走滑断层,在给定的距断层最近的范围内,破裂方向效应使地震动产生强烈的空间变化.对于倾滑断层,有两个显著的效应,即破裂方向效应和上盘效应.上盘效应主要是由断层的大部分接近于上盘之上的场地引起的.破裂方向效应是由破裂传播和辐射图效应引起的.长周期速度脉冲产生于垂直断层面的方向上,使得垂直断层走向的地震动大于平行断层方向的地震动.而“F ling step”效应是由地震时断层两盘的相对运动造成的,且发生在断层错动的方向上.     

NGA数据库的多圆组合地震动衰减模型

为系统分析多圆组合地震动衰减关系模型的可靠性,在应用汶川地震的地震动衰减关系验证该模型合理性的基础上,本文结合NGA(新一代地震动衰减模型)项目的强大数据库,讨论了多圆组合模型中子断层的划分规则和子源震中距的求法.拟合出了NGA数据库的多圆组合地震动衰减关系,并分别讨论了断层类型,上、下盘效应,覆盖层厚度对拟合地震动的影响;比较了多圆组合模型与NGA模型(BA08)的回归结果,并讨论了两者之间存在差距的原因.结果表明,多圆组合模型对NGA数据库地震动的拟合结果比较理想.多圆组合模型形式简单,拟合精度较高,并具有一定的理论依据,通过本课题的研究,为其进一步的发展奠定了基础.     

跨地裂缝带云轨桥梁结构变形与力学特征

地裂缝作为西安市典型城市地质灾害,给城市交通建设带来了巨大潜在危害,引起工程界的高度关注。以西安市高新区云轨示范线工程跨地裂缝带为研究背景,基于有限元数值模拟,分析了云轨简支梁桥正交跨越地裂缝带轨道梁、桥墩及桩基础等结构的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用导致云轨轨道梁产生竖向沉降差异,跨地裂缝段竖向位移差异和水平位移最大,其水平位移最大约为地裂缝位错量的1/4; 桥墩出现竖向沉降,且向地裂缝带倾斜,其顶部水平位移上盘大于下盘,水平位移最大约为地裂缝位错量的1/3; 地裂缝两侧桥梁桩基础产生以水平位移为主的倾斜变形,土体对下盘桩产生正摩擦力,对上盘桩产生向下的负摩擦力,下盘桩受压,上盘桩受拉。上述研究结果可为桥梁跨地裂缝带工程设计与防灾减灾提供参考和指导。     

海陆地震动的时频域工程特性对比

海洋工程抗震几乎还沿用陆上土木工程的规范和成果,为了指出在海洋工程抗震设计和安全评估中使用海底地震动的重要性,选取多个地震事件,关注同一地震下震中距相似的海陆地震动记录.对比分析了传统地震动三要素,并且考虑到地震动属于非平稳信号,利用希尔伯特-黄谱分析了海陆地震动的能量在时频分布上的差异.结果表明:海底水平地震动加速度峰值比陆地的大很多,总体上其持时也较长,同时其加速度反应谱向中低频偏移,这些特征会对海洋结构动力响应造成更不利的影响;对于时频谱,海底地震动的主要能量所对应的频率比陆地的低,而其最大能量所对应的频率更接近峰-谷频率,而不是傅里叶谱上的卓越频率.     

Engineering Characteristics of Ground Vibration Caused by Blasting Demolition of Urban Viaducts

Ground vibration accelerations caused by the collapse of blasting demolition of urban viaducts was recorded in ordered to analyze the engineering characteristics and effects on the surrounding buildings. Through the analysis of peak ground acceleration, peak frequency, duration and response spectra of the recorded vibrations in different acceleration arrays, some conclusions are drawn: the peak ground acceleration decreases with increasing distance, and the amplitude of vertical component is higher than that of the horizontal components, especially in near source region. The peak frequency of ground acceleration decreases with distance, and in near source region, it is larger than the natural frequency of the surrounding buildings, and thus it will not have much effect on the buildings. The duration of ground acceleration caused by collapse is longer than that caused by blasting itself. The vertical response spectrum is the largest of the three components, and it decreases rapidly in the near source region of about 30 m, but beyond that the distance decreases slowly. The horizontal components are smaller than the local seismic design spectrum, while the vertical component for natural period under 0.15 s exceeds the seismic design spectrum, but the natural periods of general buildings are usually beyond that domain, so this will not have much effect on the nearby buildings.     

2022年泸定地震某隔震建筑内非结构构件震害模拟分析

在2022年9月5日四川泸定地震中，位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值占比重要组成部分，减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此，本文在介绍该建筑内部非结构构件主要震害的基础上，采用二阶段级联分析方法。第一阶段在Etabs中建立一8层框架-剪力墙结构有限元模型，基于实测邻近台站近断层强震记录的非线性地震反应分析，模拟该建筑各楼层地震响应。第二阶段以建筑内部文件柜等常见浮放式非结构构件为原型，在OpenSees中建立零长度转角弹簧模型，基于上一阶段的结构楼面加速度响应作为输入，模拟建筑内部不同尺寸高宽比非结构构件的摇晃与倾覆响应，并同时考虑水平单向输入与水平-竖向双向输入两种方式，以重点考察近断层地震强竖向分量的影响。结果表明，隔震层能有效降低上部结构的水平楼面加速度响应，但竖向楼面峰值加速度相比竖向地面峰值加速度被显著放大；水平与竖向激励同时输入下浮放式设备的摇晃角度与倾覆概率大于水平单向激励输入的情况，考虑竖向激励的作用后会增大浮放式设备的破坏风险。因此，在近断层场地进行建筑抗震设计时，强竖向地面运动对内部非结构构件的影响不容忽视。