中软场地地震动概率反应谱分析(Ⅱ)

以平均值作为决策反应谱设防水准的参数,缺乏概率意义,值得进一步深入研究.本文研究了中软场地上各条地震反应谱与平均值之比(变化曲线)的分布概率,建立了周期、变化区间、概率的三维分布概率图,发现不同周期、不同区间下概率分布十分分散,难以集中在平均值附近,揭示了仅以平均值作为反应谱设防水准的参数并不十分合理,用概率来表述反应谱特征更加科学.因此,建立三维累积概率分布图,求得不同概率保证率下的反应谱.最后,拟合出8度设防水准下不同概率保证的地震影响系数与周期之间的函数关系.     

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。     

软土场地概率地震反应谱的研究

目前反应谱都是以平均谱值作为设防水准,无法明确设防水准上的概率水平．选取软土场地上的368条地震记录进行分析,建立了关于周期、变化区间和分布概率的三维分布概率图,发现各条地震反应谱值与平均谱值的比值难以集中在1附近．．说明平均谱值反应谱不能体现统一的设防水准．因此建立了三维的累积概率分布图,求得不同概率保证率下的反应谱．最后还拟合出规定设防水准的反应谱和周期之间的关系表达式．     

硬土场地地震动概率反应谱分析

结构抗震设计一直以统计平均值为设防水准,此方法简单但缺乏概率意义的评估值。本文基于硬土场地内309条新获得的地震动记录,建立周期、区间与概率值三者的三维概率分布图,发现概率值难以集中在区间值为1附近,说明以统计平均值为设防水准得出的地震作用概率水平并不相同,应采用统一的累积概率水准进行抗震设防。为此建立了三维累积概率分布图,得出了不同概率保证下的地震影响系数反应谱,并拟合出8度设防水准下不同概率保证的地震影响系数反应谱回归公式。     

估计不同服役期结构的抗震设防水准的简单方法

对现行建筑抗震设计规范中三个设防水准的概率含义进行了讨论。指出除基本烈度地震以外 ,另外两个水准的概率含义是不明确的 ,只能从平均意义上去理解。根据规范中考虑的三个概率水准的设防烈度之间的平均相互关系 ,建议了一种可以用于估计不同服役期结构抗震设防烈度的简便方法。这样确定的设防烈度虽然不能很好反映当地的实际情况 ,但是可以反映设防烈度随服役期限变化的一般趋势 ,故可作为确定一般工程设防烈度的参考。此外 ,还讨论了建立与三水准设防相对应的基本加速度和设计反应谱放大倍数     

国内工程行业规范中的地震作用对比分析

我国各工程行业抗震规范关于建(构)筑物的地震作用计算规定、方法及参数取值存在一定内容及表述形式的差异,针对建筑、铁路、公路、水运、水工行业设防水准及设防目标、弹性反应谱、竖向地震作用等方面进行了对比研究,探讨了相关条文的实质性异同及表述形式差别。分析结果表明:各规范针对建筑结构、桥梁结构、构筑物在抗震设防水准的概率取值、反应谱曲线形式方面较为一致,且均以惯性力及其相关修正作为地震作用的计算方法;但在抗震设防水准及设防目标选取、反应谱的物理量表达及关键参数取值、竖向地震作用的考虑、地震惯性力取值上存在差异。     

框架结构的抗震设计思路

目前,世界各国的抗震规范都采用这种思路：按可遇地震的强弱划分地震分区;根据各地区的历史发生地震的统计或对地质构造的考察得出设防水准地面的运动峰值加速度;再利用加速度反应谱给出不同周期下结构的反应加速度;通过地震力调整系数R得到设计加速度水准。同时,很多国家都同意这样的观点,设防烈度水准可取用不同的值,选用越南的设防烈度水准,结构的延性要求也就越低,选用越低的设防烈度水准,结构的延性要求就越高。结构延性保障条件是构件的延性,通过有效合理的连接,结构体系选择合理,刚度分布合理的条件下就能基本保证结构的延性。     

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.     

现有建筑抗震鉴定地震动参数取值研究

现行抗震鉴定标准的抗震设防目标是要使现有建筑在后续使用年限内与新建工程的设防目标具有相同的概率保证,即要实现与不同的后续使用年限对应的三水准设防目标,但地震作用的计算却不能很好地实现不同后续使用年限的抗震设防目标具有相同概率保证。本文在地震危险性分析的基础上,利用地震动参数的危险性曲线公式对不同后续使用年限的现有建筑地震动参数进行分析,给出与现行抗震设计规范具有相同概率保证的不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值,并给出实用的简化计算方法。     

考虑后续使用年限的地震动参数研究

现行抗震鉴定标准引入了后续使用年限的概念,但并未明确给出对应不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值。在全国平均定义的地震危险性特征下,完整给出与抗震设计规范具有相同概率保证的不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值;通过工程实例,对地震动参数采用本文取值与现行抗震鉴定标准的鉴定结果进行对比,验证本文方法的合理性。     

基于设定地震场地相关反应谱的高土石坝抗震安全评价

结合最新颁布的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047—2015)中关于甲类设防重大土石坝工程设计反应谱的规定,重点研究了基于设定地震的场地相关反应谱和一致概率反应谱确定的动参数下高土石坝的动力反应特征。通过240m高长河坝高心墙堆石坝在两种不同反应谱下设计和校核地震动下的计算分析发现一致概率谱得到的坝顶动力响应加速度、动位移、永久变形、坝坡安全系数和塑性滑移等关键安全评价指标均高于场地相关反应谱的结果,进而探讨了两种反应谱对长河坝高土石坝工程极限抗震能力的影响,计算结果表明采用基于设定地震的场地相关反应谱得到的坝体的极限抗震能力明显高于一致概率谱,采用一致概率谱得到的地震动参数进行长河坝抗震设计和抗震加固措施研究易得到较保守的结果。     

不同概率水准下动剪切模量比与阻尼比上、下限的计算

采用试验方法,研究不同概率水平下常规土类动剪切模量比和阻尼比非线性曲线上限和下限变化范围,提出典型剪应变下黏性土和无黏性土动剪切模量比和阻尼比落在不同区间概率大小的计算方法和计算公式.计算方法形成的基本思路为:将试验资料整理成标准结果,利用频数分布图、概率纸法检验图和SAS软件得到典型剪应变下2个参数变异性分布形态,根据不同分布形态采用2种不同方法计算典型剪应变下2个动力参数上、下限概率参考值.分析结果表明:不同剪应变下动剪切模量比和阻尼比上、下限值随概率水准的变化具有规律性,不同剪应变下2个动力参数的上限和下限与其出现的概率之间均满足Boltzmann方程,但方程中参数随剪应变和土类而变化;所有概率水平下不同剪应变的动剪切模量比上、下限区间大小均有明显差异,剪应变在10-4～10-3范围内的动剪切模量比上、下限范围最大;同一概率水平下阻尼比上、下限区间大小随剪应变增大而明显增大.提出的2个动力参数的概率计算公式为土动力学和地震工程可靠性理论研究奠定一定基础,也为工程结构的抗震设计和地震安全的风险评估提供直接的技术支持.     

中国广义条件参数目标谱构建方法及地震动输入

为了在时程分析中考虑加速度反应谱之外的强度指标,构建了兼顾危险一致性和参数完备性的广义条件参数目标谱用于地震动记录选取。结合我国地震安全性评价中设定地震解耦的特点,提出利用各个潜源微元的贡献率作为权重计算条件均值向量,进而通过拉丁超立方分层抽样得到多元正态分布假设下的广义强度参数条件分布,即广义条件参数目标谱。通过K-S假设检验的D值法在数据库中搜寻最符合目标分布的记录组合作为选波结果。以我国某工程的地震安全性评价为实例,构建同时考虑幅值、频谱、持时以及谱强度指标的广义条件参数目标谱。结果表明：考虑设定地震贡献率修正的强度指标目标分布与单一设定地震的结果存在差异;广义条件谱记录选取结果的危险性曲线和场址概率危险性分析的结果基本一致;在低超越概率水平下, 广义条件谱下的危险一致性不及仅考虑加速度反应谱指标的条件谱。     

不同设防水准下场地液化震害风险差异性研究

设防水准是决定液化灾害防御效果的重要因素，但目前不同设防水准下场地液化震害风险差异性认识尚少，以至于我国建(构)筑、公路、铁路、水运、电力等工程领域的抗震规范迄今仍采用基本(中震)地震动作为场地液化震害的设防指标。建立简化模型，以较为成熟和工程上能够接受的场地液化分析方法为基础，推导出基本(中震)地震动、罕遇(大震)地震动和极罕遇(巨震)地震动下场地液化震害风险计算公式，讨论3种设防水准下场地液化震害风险的差异性，并通过2021年我国青海玛多7.4级地震中液化震害现象的对比分析，论证了对场地液化进行大震设防的必要性。研究表明：3种不同设防水准下场地液化震害风险变化显著，随地震动作用水平增大，震害风险明显增强；就我国分布广泛的七度区和八度区内的工程场地来说，以最不利为原则，对于中震作用下接近液化、轻微液化和中等液化的场地，当考虑大震和巨震地震动作用时，场地的液化指数及其概率水平都有大幅提升，液化等级至少提高一级，大部分会提升两级，部分提高三级，发生概率则提高20%～30%，且达到高和极高风险水平；2021年玛多7.4级地震中，液化设防的地震动水平、实际遭受的地震动强度、场地液化部位和程度...     

重力坝三维地震有限元分析

在7度设防烈度下,对某水电站建立了典型坝段和坝基联合作用的三维模型,并采用振型分解反应谱方法进行了三维有限元动力计算,分析了其地震动力响应,计算结果表明,重力坝满足规范抗震设防要求。     

概率地震需求分析的简化方法研究

概率地震需求分析的主要工作是获得不同地震动强度水平下结构地震需求的概率分布。本文采用与结构基本周期对应的线弹性加速度反应谱Sa作为地震动强度指标,结构的位移延性为地震需求指标。通过对大量单自由度体系非线性时程分析结果的统计及回归分析,获得了在给定结构强度折减系数R、周期T的条件下,延性需求的均值和标准差的拟合公式,并建立了概率的等R延性需求谱。基于该谱,提出了简化的概率地震需求分析方法。算例分析表明,建议方法的计算结果与增量动力分析方法的计算结果接近,但计算量却大为减少。     

反应谱特征周期分析

特征周期是反应谱的重要参数,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定特征周期为设计反应谱曲线下降段起点对应的周期.根据概率法选取28条完整地震记录,利用自编Fortran程序进行地震影响系数的计算,得到反应谱曲线.通过概率法计算不同面积百分比下的特征周期;按美国ATC 3-06规范确定有效峰值速度和有效峰值加速度,计算特征周期,进行反应谱特征周期的统计分析.统计表明:特征周期随面积百分比减小逐渐增大.特征周期与反应谱曲线形状有关,当平台段末端的反应谱曲线波动时,特征周期值会有明显变化.概率法求特征周期当面积百分比在90%~97%时,特征周期取值比较稳定,和平均值接近.概率法计算得到的特征周期平均值与美国ATC 3-06规范计算得到的特征周期平均值相差不大,有较好的参考价值.     

预期损伤部位采用FRC框架结构地震易损性分析

将具有优良应变-硬化性能和多细裂缝开展等特性的纤维增强混凝土(FRC)用于RC框架结构预期损伤部位以形成FRC框架结构,并将其划分为5个结构性能水准,确定与之对应的抗震性能目标。以加速度反应谱作为地震动强度指标,层间最大位移角和顶点位移角分别作为工程需求参数,对FRC框架结构和RC框架结构进行增量动力分析(IDA),确定结构需求函数;对FRC框架结构和RC框架结构进行静力推覆分析,确定各性能水准对应的量化指标限值;最后绘制其地震易损性曲线,分析结构对应的超越概率。结果表明:通过比较不同性能水准下FRC框架结构和RC框架结构的超越概率,应选取层间最大位移角作为工程需求参数;FRC框架结构倒塌能力中位值较大、不同性能水准下的超越概率较小,抗震能力较好。     

HPFRC耗能墙-RC框架结构地震易损性分析

采用Perform-3D结构分析软件，选取44条地震动记录，对高性能纤维增强混凝土（HPFRC）耗能墙-钢筋混凝土（RC）框架结构进行基于增量动力分析方法（IDA）的地震易损性分析.结果表明：HPFRC材料良好的受拉应变硬化性能，可以改善结构或构件的耐损伤能力和耗能能力，进而提高整体结构的抗震性能；结构发生倒塌时，由44条地震波计算出的对应于结构基本周期的反应谱加速度平均值大于8度设防烈度对应的罕遇地震作用下结构基本周期所对应的谱加速度值，说明HPFRC耗能墙-RC框架结构具有良好的抗倒塌能力；在8度设防烈度对应的罕遇地震作用下，HPFRC耗能墙-RC框架结构发生倒塌的超越概率为0.03%，满足大震作用下结构的抗震设防要求.     

结构的弹塑性位移比及R-μ-T关系的分析

在估计已知强度或延性的现有结构在不同地震动强度下的最大地震弹塑性反应时,弹塑性位移比谱和等延性强度谱是十分准确有效的.通过对342条地震记录进行单自由度体系的弹塑性时程分析,研究了三个特征周期设计分组在不同延性系数下的弹塑性位移比谱特性以及等延性强度谱的特性,通过非线性回归分析建立了等延性位移比谱和等延性强度谱,给出了回归计算公式.研究表明:(1)弹塑性位移比谱在周期为0~1.0 s时谱值随周期的增加急剧下降,下降区间的终点与地震分组有关,之后谱曲线转入平缓,且延性系数对平缓段的曲线影响较小;(2)延性系数μ＞1时,等延性强度谱在周期区间为0~1.0 s时谱值随周期的增加急剧增长,上升区间的终点与地震分组有关,之后谱曲线增长较为平缓,等延性强度谱随延性系数增加而增加;(3)等延性位移比谱和等延性强度谱的回归计算公式能反映延性位移比和折减系数的统计规律,可应用于实际工程.