近断层地震动特性研究综述

由于近断层地震动对结构的影响比普通地震动的影响大，近断层地震动特性及其影响引起各国学者的广泛关注。通过对近断层地震动的定义与近断层地震动的脉冲特性等相关研究进行归纳总结，梳理近断层地震动对结构地震需求及抗震性能的影响，明确近断层地震动在结构抗震分析中的模拟方法及关键问题。     

基于能量分析的近断层地震作用下框排架结构性能研究

钢筋混凝土框排架结构是工业主厂房建筑的主要结构形式之一,为研究处于近断层地区的框排架结构的抗震性能,本文选取4条脉冲型、4条非脉冲型近断层地震波及4条远场地震波,以某钢筋混凝土框排架结构为原型结构建立有限元模型,研究结构在近断层地震动和远场地震动作用下的抗震性能。分析结果表明:脉冲型近断层地震动作用下结构的最大基底剪力是远场地震动的1.92倍,是非脉冲型的1.16倍;脉冲型近断层地震动作用下的最大层间位移是非脉冲型地震动的1.9倍,是远场地震动的5倍。因此,近断层地震动作用下框排架结构的动力反应需引起工程设计人员的重视。     

近断层地震动特征及其对工程结构影响的研究进展

简要介绍近断层方向性效应、滑冲效应、上盘效应和显著竖向地面运动等近断层地震动主要特征及成因;概括总结近断层水平和竖向地震作用下工程结构地震响应的研究进展;在此基础上,对目前国内外抗震设计规范中考虑近断层地震影响有关规定进行了介绍和概况总结。提出关于近断层上盘效应引起的脉冲特性以及地震动的随机特性的发生机理等问题的研究仍不够深入,近断层地震作用下已有的结构振动控制技术的安全性和有效性有待进一步确认和验证。建议关注近断层加速度脉冲、竖向及转动分量作用下的工程结构地震响应,可结合地震断层破裂过程的数值仿真技术来弥补近断层地震记录数量的不足,以更好地研究近断层地震动特性及工程结构地震响应,为未来结构抗震设计及评估中考虑近断层地震动效应的影响和规范修订提供参考。     

近断层地震动作用下变电站隔震研究

变电站基础隔震在远断层地震动下是有益的,但是在近断层区域它的隔震效果还有待研究。本文选取台湾集集地震四条常用近震记录及一条远震记录作为地震动输入,对110kV变电站隔震和抗震结构及进行非线性地震反应时程分析,比较分析结构的地震反应。结果表明:变电站隔震结构在近断层地震动作用下产生的地震反应大于远断层地震动作用下产生的地震反应,采用隔震技术能有效降低近断层地震动作用下变电站结构的地震反应。     

近场橡胶支座隔震设计探讨

近断层地震动具有不同于远场地震动的动力特征.按建筑抗震设计规范设计了非隔震与橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层与远场地震动记录进行分析.近断层地震动作用下,隔震后结构的最大层间剪力与最大层间位移均减小为非隔震结构的0.3倍左右,隔震对近断层地震动响应具有良好的减震效果;与远场地震动作用相比,近断层地震动作用下的上部结构最大层间位移角增大3～5倍,隔震层最大位移增大15倍,须对隔震层采取防止侧移失稳措施.现行规范以近场影响系数考虑近场橡胶支座隔震设计,尚需随近断层地震动研究新成果进一步完善.     

近断层地震动作用下变电站避雷器的地震响应分析

近断层脉冲型地震动相对于远场地震具有明显的长周期速度脉冲、上下盘效应和破裂方向效应,对结构的破坏作用很大.电气设备在目前的结构设计和分析中,仅限于常规地震,未考虑冲击性较强的近断层脉冲型地震作用.该文选取1999年台湾Chi-Chi地震和1994年Northridge地震中含有速度脉冲型记录的近断层地震和非速度脉冲型的近断层地震记录,采用时程分析法分析了避雷器在近断层水平地震作用下的抗震性能.结果表明,避雷器在含速度脉冲型的近断层地震动作用下的地震响应比无速度脉冲型的近断层地震动作用下的地震响应要大,在对避雷器设计及抗震性能进行分析时,应考虑速度脉冲型近断层地震动对电气设备的影响.     

近断层地震动作用下隔震结构研究现状(Ⅰ)——地震动特性影响与隔震结构参数优化

隔震技术已成为结构抗震的有效控制手段之一,并在国内外很多工程中得到成功应用,被认为是保护结构免受地震损伤最具工程价值的技术之一。本文总结了滑冲脉冲效应、方向性效应、上下盘效应、竖向地震动等近断层地震动特性对隔震结构抗震性能的影响,讨论了近断层地震动作用下隔震结构参数优化研究。通过对近断层区域隔震结构研究进展分析,从近断层区域内地震动的研究、隔震结构设计规范、隔震结构参数优化研究、隔震结构二阶效应、隔震的应用前景等方面,指出了近断层地震动作用下隔震结构研究与应用尚待进一步完善的若干问题,并提出了下一步研究的建议。     

近断层地震动对跨活动断层隧道动力响应研究

近断层地震动对跨活动断层隧道的动力响应与非近断层地震动有很大不同,采用大型有限差分软件FLAC 3D建立跨活动断层的三维分析模型,对比分析近断层地震动与普通地震动作用下隧道结构的动力响应的差异。研究表明:衬砌结构的加速度响应有着不同程度放大,但近断层地震动作用下加速度响应放大效应并没有比普通地震动显著;近断层作用下的速度响应和应力响应都比普通地震动大,且围岩级别越差,应力响应越大。因此,需采取措施提高跨活动断层隧道在近断层区域的抗震性能。     

近断层地震动作用下隔震结构研究现状(Ⅱ)——水平/三维隔震装置与限位技术研究

隔震技术已成为结构抗震的有效控制手段之一,并在国内外很多工程中得到成功应用,被认为是保护结构免受地震损伤最具工程价值的技术之一。本文概述了针对近断层区域地震动特性研发的水平隔震装置、三维隔震装置及其限位技术,系统总结了近断层地震动作用下水平隔震结构、三维隔震结构及含限位技术隔震结构的抗震性能与研究成果。通过对近断层隔震结构研究进展分析,从近断层地震作用下水平、三维隔震结构的研究、多向地震动输入、主余震的输入等方面给出了近断层地震动作用下隔震结构研究与应用尚待进一步完善的若干问题与建议。     

近断层速度脉冲型地震动对多层校舍减震加固性能影响研究

近断层地震动具有加速度、速度脉冲运动特性,相对于普通地震动对结构可能造成更加不利的影响.本文针对典型多层校舍,对比了其黏滞消能减震加固前后的结构响应,研究了黏滞消能减震加固技术在不同地震动(近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动)下的抗震性能和减震效果.首先,阐述了近断层地震动基本特征,并选择合适的地震动...     

A method for examining the seismic performance of steel arch deck bridges

To examine the seismic resistance performance of a steel arch bridge during a strong earthquake, an approach is proposed in this paper to determine the ultimate strain of an arch rib using the static elasto-plastic large deformation theory. A steel fixed-end deck arch bridge with a span length of 200 m was used as an example in this study. The ultimate strain of the arch rib was calculated using the elasto-plastic finite element model. The seismic responses of the arch bridge exposed to strong earthquakes in two and three directions were also simulated. Moreover, the effect of earthquake motion in the lateral direction on the elasto-plastic earthquake response was discussed, and the seismic resistance of the structure was analyzed. The results show that steel arch bridges have preferable seismic resistance under strong earthquake conditions. While lateral earthquake motion has some influence on the damage to an arch bridge, it has little effect on the displacement, axial force, and bending moment responses of the arch rib. It is feasible to examine the seismic performance of the arch bridge by ascertaining the out-of-plane and in-plane earthquake responses of the bridge.     

中小跨径桥梁抗震的概念设计与构造措施

为改善中小跨径桥梁的抗震性能,总结了青海玛多地震、汶川地震等震害,阐述了合理的抗震概念设计以及合适的构造措施,基于“多道设防,分级耗能”“一可三易(损伤部位及损伤程度可控、损伤部位或构件易检、损伤部位或构件易修、损坏部位或构件易换)”的桥梁抗震理念,提出将支座作为“保险丝式单元”的桥梁抗震概念设计。针对中小跨径简支梁桥易发生落梁震害,提出了适当增加盖梁宽度和横向设置双层挡块的抗震构造设计,建议在进行桥梁抗震设计和抗震评价时,统一抗震构造措施,不应再按照烈度(或基本地震动参数)划分桥梁抗震构造设计。从结构基本周期和频谱成分的角度,总结并分析了玛多地震中结构相似的相邻桥梁发生不同震害的原因。研究成果可为同类工程的抗震设计与评价提供参考。     

A method for examining the seismic performance of steel arch deck bridges

To examine the seismic resistance performance of a steel arch bridge during a strong earthquake, an approach is proposed in this paper to determine the ultimate strain of an arch rib using the static elasto-plastic large deformation theory. A steel fixed-end deck arch bridge with a span length of 200 m was used as an example in this study. The ultimate strain of the arch rib was calculated using the elasto-plastic finite element model. The seismic responses of the arch bridge exposed to strong earthquakes in two and three directions were also simulated. Moreover, the effect of earthquake motion in the lateral direction on the elasto-plastic earthquake response was discussed, and the seismic resistance of the structure was analyzed. The results show that steel arch bridges have preferable seismic resistance under strong earthquake conditions. While lateral earthquake motion has some influence on the damage to an arch bridge, it has little effect on the displacement, axial force, and bending moment responses of the arch rib. It is feasible to examine the seismic performance of the arch bridge by ascertaining the out-of-plane and in-plane earthquake responses of the bridge.     

云南普洱6.4级地震房屋震害分析

2007年6月3日云南普洱发生了里氏6.4级地震,当地的各种建筑物和构筑物遭受了不同程度的破坏,根据对木结构、砖木结构房屋震害情况的现场考察,介绍了震害量大面广的木结构、砖木结构房屋的破坏现象,分析了两种房屋结构震害的原因,给出了改进抗震性能的建议。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

The design and seismic performance of low-rise long-span frames with semi-rigid connections

Moment-resisting steel frames are used frequently in low-rise and mid-rise buildings located in high seismic areas due to their high ductility and economic solutions. In these type of structures, strong-column weak-beam design requirements result in larger column sections and overdesign in low-rise long-span buildings. To mitigate this problem, moment-resisting steel frames with energy-dissipative semi-rigid/partial strength connections can be used as an alternative to perimeter frames. By using energy-dissipative semi-rigid connections, the strong-column weak-beam requirement is eliminated and more economical column sections are used. In this study, a three-span three-bay frame with 7 and 9 m span lengths is designed with semi-rigid connections having four different capacities in high seismic zones. Their seismic performance is evaluated analytically under three different earthquake levels by modeling connections with two different moment-hardening ratios and two different hysteretic behavior models. The design with reduced connection capacity resulted in an increase in the beam weights, a decrease in the column weights and an overall decrease in the structural weight. The seismic performances of 26 sample frames are evaluated with pushover and dynamic analyses under 25 real strong ground motion records. All of the sample frames satisfied the acceptance criteria and showed reliable performance under earthquake loading. The overdesign problem in low-rise long span-buildings is eliminated to some extent without using the perimeter frame approach. Furthermore, under some specific ground motion records, the top displacements in semi-rigid frames become lower than those of their rigid counterparts.     

Energy evaluation of inelastic structures subjected to random earthquake excitations

The modified force analogy method combined with static condensation is applied to study the seismic behaviour of inelastic structures, while energy transfer and dissipation in the structure during an earthquake hazard are investigated through energy formulation based on the equation of motion. The earthquake ground motion is modelled as a non‐stationary Gaussian random process. Rigid‐end offsets of the plastic hinges forming on the members, as well as the ability for panel zones to deform, are included in the structural analysis model. Monte Carlo simulation method is performed on a six‐story real moment‐resisting frame to determine the mean and the standard deviation of seismic energy dissipation time histories. Based on this combination of the force analogy method and energy formulation in the equation of motion with the stochastic earthquake model, the feasibility of the analysis procedure for studying the dynamics of inelastic structures is demonstrated through varying the rigidity of panel zones. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震动持时对RC框架结构易损性与抗震性能影响

作为地震动三要素之一,地震动持时对结构地震易损性的影响有待深入研究。为此,选择分别具有长、短持时特性的两组地震动记录作为输入,以按我国现行规范设计的3个不同高度钢筋混凝土框架结构作为研究对象,采用OpenSees软件,对比分析了不同持时特性地震动作用下钢筋混凝土框架结构的地震易损性,并进一步从失效概率、易损性指数和性能裕度比等3个方面讨论了持时对结构抗震性能的影响。分析结果表明：地震动持时特性对结构地震易损性的影响不容忽视;随着地震动强度和结构损伤水平的增加,地震动持时对地震易损性的影响越发显著;相较于短持时地震动,长持时地震动会使易损性中位值下降超过10%;地震动持时越长,其对结构抗震性能的不利影响也越明显;长持时地震动使结构失效概率增加50%以上,同时提高易损性指数,降低性能裕度比。     

钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法

通过改进能力谱法,给出了一个可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法。首先以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则,并基于曲率延性系数和位移延性系数关系转化为墩顶位移的表述形式。再以屈服位移和位移延性系数作为设计参考变量,采用屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱求解系统在不同风险水平地震作用下的反应。最后以能力设计原理保证桥墩截面的抗剪强度需求。通过一个具体设计算例说明了建议方法的可行性。     

某公路桥梁承载能力评估

通过对地震灾区某既有公路桥梁进行静载试验,判断了该桥在运营将近40年后的承载能力以及该桥在地震作用下的破坏情况,检定、评估了桥梁结构的适应性,提出其运营条件,为桥梁的设备管理、养护维修积累资料。