脉冲地震动缩放水平对结构非线性位移反应影响的分析

研究缩放速度脉冲型地震动强度水平引起的单自由度(SDOF)体系非线性位移反应的偏差。采用30条速度脉冲地震记录,通过SDOF的体系动力时程分析,分析了速度脉冲型地震动分别缩放到不同目标谱加速度(Sa)、峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)水平时,SDOF体系非线性位移反应偏差随系统自振周期和强度折减系数变化的规律;通过对散点数据的对数线性回归确定了位移反应偏差的变化趋势,并比较了不同地面运动强度表征参数下位移偏差的稳定性。分析结果表明：位移偏差对地震动缩放系数、系统的基阶自振周期和系统的强度有一定的依赖性,合理选用缩放系数和地面运动强度表征参数能有效减小估算结构地震位移响应的偏差。     

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。     

远场长周期地震动频谱特征周期与强度指标研究

目前尚未有针对远场长周期地震动的频谱特征周期表征参数与抗震分析用强度指标。选择40条远场长周期地震动,采用MATLAB编制程序,分别计算对应于每条地震动的12种代表性频谱特征周期参数与20种强度指标。基于远场长周期地震动频谱特征周期的平均值及变异系数计算结果,分析各周期参数的特性,并通过计算远场长周期地震动的20种强度指标与以周期和延性系数为变化参数的400个弹塑性单自由度体系5种最大地震响应(最大加速度、最大速度、最大位移、最大输入能、最大滞回耗能)间的相关系数,分析各强度指标与地震响应间的相关性。结果表明:不同周期参数所反映的地震动频谱特性不同,稳定性亦存在较大差异,分析建议以Hilbert边际谱平均周期Tmh作为远场长周期地震动的频谱特征周期表征参数;远场长周期地震动强度指标与最大地震响应的相关性和强度指标的类型、自振周期以及延性系数均有关系,其中,PGV与PGD在各周期范围内均与最大地震响应具有较好的相关性,且相关性随自振周期的增大而增强,建议作为远场长周期地震动抗震分析用强度指标。     

基于支持向量机的现地地震预警地震动峰值预测

以0.1-10 Hz带通滤波后三分向矢量合成地震动峰值PGA 与PGV 为预测目标参数,利用日本K-net 强震台网P波触发后3 s数据,基于人工智能中的经典机器学习方法-支持向量机,选取加速度幅值Pa、速度幅值Pv、位移幅值Pd、傅里叶谱幅值AMmax、速度平方积分IV2、破坏烈度DI、累积绝对速度CAV、阿里亚斯烈...     

基于剪切型结构的速度脉冲地震地面运动强度表征参数评估

研究速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与剪切型多自由度(MDOF)体系顶层非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用20条速度大脉冲型地震动记录,基于MDOF体系的非线性动力时程分析,研究恒延性水平(μ)条件下速度脉冲地震动IM与MDOF体系最大非线性顶层位移相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,分析速度脉冲地震地面运动强度参数的有效性。分析结果表明:结构基本周期与延性水平对相关性和离散性均有较大影响;峰值地面运动速度(PGV)作为IM,相关性系数较大且离差较小,相关性和离差表现较稳定,是较好的速度脉冲地震动IM。     

美国西部竖直向基岩强地面运动参数衰减关系研究

利用美国NGA(Next Generation Attenuation)数据库提供的高质量数字强震数据,对美国西部地区自由地表基岩场地的竖直向地震动参数的衰减关系进行了研究,具体包括竖直向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及5%阻尼比绝对加速度反应谱(T=0.04~6.0 s)。将其与采用同样技术手段和同一套数据回归得到的水平向地震动参数衰减关系相结合,对模型化后的竖直向与水平向反应谱比V/H进行了计算,并对其随周期、震级、距离的变化关系进行了分析。新得到的竖直向地震动参数衰减关系的适用范围为Ms5.0~8.0,震中距0~200 km。     

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构基于性态的地震易损性分析

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)是一种具有优良抗震性能的新型组合结构,非常适合高烈度地震区使用。以拟建在四川地区一幢5层PSRCW结构为例,考虑型钢、钢筋、及混凝土材料力学性能不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了80个PSRCW结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的80条地震记录来反映地震记录的不确定性,并同80个PSRCW结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得了80对PSRCW结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的结构性态水平,建立了以地面峰值加速度(PGA)、第1周期谱加速度(SA)、地面峰值速度(PGV)、及地震动输入能量(EI)表征的5层PSRCW算例在不同性态水平的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后此类结构的震害预测提供参考。     

地震动强度指标与结构地震响应的相关性研究

目前结构抗震分析时使用的地震动强度指标较多,各种地震动强度指标的适用性尚未有统一的定论,缺乏系统的分析。采用考察结构最大地震响应与地震动强度指标之间的线性相关性的方法,选取具有代表性的100条原始地震动记录作为输入,基于不同周期的SDOF系统和实际减隔震桥梁,研究各地震动强度指标与结构地震响应的相关性。根据研究结果,将地震动强度指标划分为4类,其中以Sa(T1)为代表的第Ⅰ类强度指标与不同周期结构的相关程度都较高,而以PGA为代表的第Ⅱ类和以PGD为代表的第Ⅲ类强度指标分别对短周期和长周期结构的相关程度较高,以PGV为代表的第Ⅳ类强度指标相对较稳定,建议采用第Ⅰ类强度指标作为衡量地震动强度的指标参数。并通过工程实例进一步论证了对于自振周期已知的结构,地震动的不同强度指标与结构地震响应的相关性不同。     

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。     

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。     

速度脉冲型地震地面运动强度表征参数评估

研究强速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与单自由度(SDOF)体系非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用72条速度脉冲型地震记录,基于SDOF体系的动力时程分析,研究了恒延性水平(μ)和恒强度折减系数(R)条件下脉冲型地面运动IM与最大非线性变形相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,研究了加速度反应谱(Sa(T1))和峰值地面运动速度(PGV)作为脉冲型地面运动IM的有效性。分析结果表明,脉冲型地面运动IM对体系周期有很强的依赖性,μ和R对相关性和离散性均有很大影响,Sa(T1)和PGV是相对较优的脉冲型地面运动IM。     

汶川地震中SDOF体系地震输入能量需求的研究

基于汶川地震断层距150km内112条水平分量加速度记录,分析断层距、场地类型、地震动持时、上盘和下盘效应、方向性效应对SDOF(single degree of freedom)体系弹性地震输入能的影响。结果表明:近断层断层距30km范围应考虑加速度峰值增大对输入能显著提高的影响;场地越软输入能越大,输入能谱的特征周期并不随着场地越软而向右移动;地震动持时对输入能谱峰值相应周期的结构影响显著,持时越长,输入能谱峰值越大。近断层下盘效应和方向性效应对地震输入能有显著影响,断层距大于30km范围内,下盘效应使中、长周期结构的地震输入能显著提高。     

基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

钢筋混凝土结构易损性的研究大多数集中于地震烈度或地震动峰值加速度上(PGA),地震动的选取亦没有考虑近远场地震的不同,且对于房屋建筑的研究较少.因此综合考虑地震动峰值加速度及阻尼比为 5%的谱加速度,考虑近场及远场地震的不同性质,对一钢筋混凝土框架房屋进行地震易损性分析.定义了结构整体的4 个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平的方法.最后基于增量动力分析(IDA)的结果,采用该方法对结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构在不同IM 参数及不同地震动下的易损性能进行评估和对比分析.从而可以根据结构的实际地震需求从概率意义上判断结构所处的地震破坏状态,为今后震害预测提供了参考.     

地震动强度指标与框架结构响应的相关性研究

随着当前结构性能设计及耗能减震技术的普遍应用,根据合理的地震动强度指标来选择和调整实测地震动记录进行结构地震动响应分析,对于保证结构抗震设计的可靠性具有重要的意义。该研究将13种常用的地震动强度指标按照加速度型指标、速度型指标和位移型指标分为3类,对强震作用下13种常用的地震动强度指标与不同周期框架结构响应参数的相关性开展了研究。研究结果表明:3类地震动强度指标中,加速度型指标与短周期框架结构响应参数的相关性最好;速度型指标与中周期和中长周期框架结构响应参数的相关性最好;位移型指标与中长周期框架结构响应参数的相关性相对较好;同一结构在线性反应阶段与非线性反应阶段的响应参数与地震动强度指标的相关性是变化的。     

地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤影响研究

针对地震动复杂频谱特性对隔震结构响应及损伤影响进行研究,用加速度反应谱平均周期Tr表征地震动周期特性,用Bouc-Wen模型及刚度退化的Bouc-Wen模型分别描述隔震层与上部楼层的滞变特性,建立隔震结构的质点系非线性分析模型,考虑隔震支座压剪相关性与拉压性能差异建立隔震体系损伤指数模型,分析不同地震动输入加速度幅值及不同Tr与对隔震结构地震反应、损伤影响规律。分析表明,在地震动高频范围内隔震结构响应随输入加速度峰值增加而增加,但对长周期地震动,输入加速度峰值对隔震结构地震反应影响较小,地震反应呈较大离散性、无规律性;在相同加速度幅值输入下隔震层地震反应、损伤的离散性远大于上部结构,在共振区内虽出现最大地震反应,但也会出现较小地震反应,表明隔震结构瞬时共振为非常复杂的过程。研究可为揭示地震动特性与隔震结构地震反应及损伤的关联性提供分析依据。     

上下盘断层参数对RC框架结构地震响应研究(Ⅰ:非隔震)

为系统研究上下盘断层参数对钢筋混凝土框架结构动力响应的影响,首先建立并验证了4层、8层、12层及16层涵盖常见周期范围的四类RC框架结构,其次以622条上下盘地震动记录为评判标准,针对三种NGA地震动衰减关系模型(ASK模型、CB模型和CY模型)开展最优拟合方法优选工作,最后基于最优模型拟合得到的160条上下盘地震动,进一步探讨了震级、土体剪切波速、断层倾角、上界埋置深度等参数与上下盘地震动PGA之间的关系,研究了上下盘断层参数对四类RC框架结构动力响应的影响规律。结果表明,ASK模型能够很好地模拟上下盘地震动,与实际地震记录吻合度最好;上下盘地震动PGA随场地距离的减小而不断增大、随震级增大而不断增大,断层倾角仅在上盘场地距离20 km以内时对PGA有较大影响,土体剪切波速和上界埋置深度对PGA影响不大;四类框架结构的动力响应均随场地距离和土体剪切波速的减小而增大、随震级和结构高度的增长而增大,在下盘场地距离一定时断层倾角和上界埋置深度对结构动力响应基本无影响;上盘地震动对低层框架结构动力响应的影响较大,下盘地震动对高层框架结构动力响应的影响较大。     

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...     

考虑谱形影响的地震动强度指标研究进展

合理地选择与调整地震动记录是影响结构弹塑性时程分析结果可靠性的重要因素之一。该文首先选择15条地震动记录作为输入,以基本周期T₁对应的谱加速度S_a(T₁)作为地震动强度指标来调整原始地震动记录,对一榀六层三跨钢筋混凝土平面框架结构进行了增量动力分析,分析了结构线性和非线性地震响应指标如最大层间位移角与不同周期处谱加速度值的相关性。分析结果表明,不同周期处谱加速度值与结构地震响应的相关性不同,且相关程度与结构是否进入非线性和进入非线性的程度有关。这一结果表明,由于高阶振型的影响或进入非线性阶段的周期延长效应,仅按单一强度指标如S_a(T₁)调整地震动记录对结构进行动力分析,所得结果的离散性必然较大。因此发展考虑地震动谱形特征的强度指标是进一步完善结构地震反应分析和抗震性能评估的基础。基于此,该文较为系统地对目前已提出的能够考虑谱形的地震动强度指标及其应用现状进行了综述总结,以期为我国开展合理的地震动记录选择与调整等研究提供一定的参考。     

场地校正的地表PGA放大系数概率模型研究

地表峰值加速度PGA是抗震设计规范和地震预警系统中重要的参数指标,场地PGA估计是工程抗震的必要基础。该文选取日本具有地表和井下记录KiK-net台网的40个台站,研究场地PGA放大系数f_PGA的概率分布特征,指出f_PGA在给定地震动强度输入情况下基本服从对数正态分布,其概率分布参数(即均值和标准差)与场地土层特征相关;f_PGA的概率分布参数与单独的场地工程参数Vs30、Vs20以及场地覆盖层厚度D的相关性较小,但与这些特征参数的线性组合具有一定相关性;通过数据挖掘,建立f_PGA概率分布参数与V_s30、V_s20以及D线性组合之间的关联性;采用f_PGA概率模型,可以给出多概率水平下地表PGA的预测,实测数据检验了提出的PGA概率预测模型的可靠性。通过该文建立的地表PGA概率预测方法,可为地震预警及烈度速报技术中,地表PGA概率预测的场地校正技术提供一种可行的途径。     

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。