改进的基于模态推覆的时程分析地震动记录调整

利用时程分析计算结构地震反应时,不同的地震动记录或不同的地震动记录调整方法得到的结果差别很 大,因此如何选择和调整地震动记录,减小结构地震反应分析结果的离散性,是提高结构抗震分析结果可靠性的 必然要求。针对基于模态推覆的地震动记录调整方法的不足,提出引入以振型参与重量系数为加权系数、可考虑 前若干阶振型贡献的综合调整系数调整初选的地震动记录,其中每一阶振型对应的调整系数利用该阶振型相应等 效单自由度体系非线性时程分析所得最大位移匹配其目标位移确定。进一步,以一6层钢筋混凝土框架结构为例 ,分别采用改进的基于模态推覆、基于模态推覆和基于ASCE7的调整方法调整地震动记录进行时程分析,并对不 同调整方法下结构最大水平位移、最大层间位移角等结构响应计算结果的离散性进行了对比。对比结果表明,与 基于模态推覆和基于ASCE7的地震动记录调整方法相比,基于改进模态推覆的地震动记录调整方法所得结构地震 响应分析结果的离散性明显下降。     

不同谱匹配地震动对RC框架结构地震易损性的影响分析

地震动谱形特征对结构地震响应分析至关重要，因此应考虑地震动谱形、选取合适的地震动记录以分析结构易损性。选取条件参数不同，但加速度反应谱值与设计谱相同的4条条件均值谱，分别基于条件均值谱和设计谱进行地震动记录的选取与谱匹配，并通过输入得到的12组地震动记录对一个5层算例结构模型进行增量动力分析，进而分析谱匹配方法以及条件均值谱对结构响应结果和地震易损性结果的影响。分析结果表明：输入谱匹配后的8组地震动记录，其工程需求参数分析结果的离散性明显降低且响应结果无明显偏差；以设计谱为目标谱时，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为集中，而以条件均值谱为目标谱时，由于条件均值谱参数的不同，谱匹配后得到的易损性曲线范围较为分散。     

基于三向敏感频率的单层球面网壳结构地震动强度参数分析

选择合适的地震动强度参数可减小其与结构响应相关分析结果的离散性。以Kiewitt-8型单层球面网壳结构为研究对象,对算例结构进行谐响应分析,确定结构三个方向的敏感频率;提出基于三向敏感频率的地震动强度参数加速度谱Sa,3d。采用有限元软件ABAQUS对算例结构进行三向地震动作用下的增量动力分析,并对分析结果进行统计分析,从相关性和有效性两个方面对Sa,3d进行评价。结果表明：Sa,3d与单层球面网壳结构的地震响应具有更好的相关性,且具有较好的有效性,建议对单层球面网壳结构,采用Sa,3d 作为地震动强度参数进行增量动力分析。     

结构周期延长对倒塌分析中地震动强度指标选择的影响

当结构在强震作用下接近倒塌状态时,其刚度和承载力的退化会导致结构周期延长,为此,研究了周期延长对地震动强度指标选择的影响,将不同周期调整系数β对应的谱加速度(Sa(βT1),T1为弹性基本周期）作为地震动强度指标时,研究其倒塌分析结果的离散性。基于等效单自由度结构周期（Teq）,提出了等效周期谱加速度（Sa(Teq)）。研究结果表明：当周期调整系数β增大时,结构抗倒塌能力分析结果的离散性呈现先减小后增大的趋势。与传统地震动强度指标Sa(T1)相比,所提出的Sa(Teq)可以考虑结构非线性变形引起的周期延长,能有效降低倒塌分析结果的离散性达30%以上。     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。     

基于IDA方法的悬索桥地震破坏机理分析中地震输入合理选择

以非线性时程分析为基础的IDA方法可作为展现以桥塔为主要目标的悬索桥地震破坏模式研究的有力工具。地震动输入的不确定性是时程分析结果离散性大的决定性因素。因此首先需为以IDA为工具的悬索桥地震破坏模式研究选择恰当的地震动记录以及IM指标。基于地震动记录选波研究现状,明确恰当的选波数量、选波方法及采用的工具和数据库。以悬索桥为对象,根据悬索桥桥塔高阶振动和非线性软化效应的地震响应特点,讨论谱匹配参数设置。以PGMD开放程序为工具,采用两级选波方法在PEER-NGA数据库中选出40条地震动记录,通过对比Sa(T1,5%)和PGA调幅下桥塔地震响应离散性,最终选定18条地震动记录以及PGA为合理的IM指标,并通过悬索桥IDA分析曲线验证选波的合理性。研究详细展示了如何利用现有开放强震数据库,以IDA为工具进行某一特定结构抗震性能研究时,选择合理地震动记录及IM指标的方法及过程,也可为悬索桥地震破坏模式的研究提供基础。     

基于规范谱拟合的人工地震动持时对RC框架结构抗倒塌能力影响

现行抗震设计规范中关于地震动持时的规定不明确,而持时对在罕遇地震作用下结构的非线性地震响应及抗倒塌能力评估影响较大。基于规范反应谱拟合地震动持时分别为20、40、60 s的人工地震波各10条,利用Open Sees分析软件建立了一钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼的三维空间模型,以这些人工地震动为输入进行增量动力分析,得到对应于不同持时记录的结构平均增量动力分析曲线,进而分析其最大顶点位移、最大残余顶点位移和最大残余层间位移角与各地震动记录有效持时之间的相关性,给出了结构在不同持时记录以其基本周期对应的谱加速度Sa(T1)表示的抗倒塌能力,及其与有效持时的关系和不同持时与不同Sa(T1)相应的倒塌概率。分析结果表明:当地震动强度水平相同时,较长持时的地震动记录可使结构产生较大的层间位移角和较高的倒塌概率,并且随着有效持时的增加,结构的抗倒塌能力呈降低趋势,而位移需求并不能完全说明持时对结构倒塌发生的影响。     

改进的简化能力谱法在铁路桥梁中的应用

依据现行的《铁路工程抗震设计规范》,合理地选取大量强震记录作为地震动输入,采用单自由度弹塑性动力分析程序,对不同固有周期的弹塑性单自由度体系进行非线性动力时程响应分析,得到与我国现行《铁路工程抗震设计规范》相容的具有统计意义的弹塑性需求谱和强度折减系数谱,进而对简化能力谱法作了改进,并应用于某客运专线双柱式桥墩的抗震性能评估中,再将所求得的结构性能点转化为结构的非线性地震响应,并与80条强震记录非线性时程分析计算结果的平均值进行比较,从中可以看出:改进的简化能力谱法可以用较少的计算工作量得到比较精确的结构非线性地震响应。这也验证了将改进的简化能力谱法应用于我国铁路桥梁工程抗震性能评估的可行性。     

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。     

基于Kiewitt-8型单层球面网壳的一维地震动强度参数研究

选择合适的地震动强度参数可降低与结构响应相关分析结果的离散性，为得到较为合适的描述Kiewitt-8型单层球面网壳地震响应的地震动强度参数，对常用地震动强度参数的考虑因素进行分析，按是否考虑结构动力特性将其分为地震动绝对强度和地震动相对强度（基本模态的加速度反应谱值）S_a(T₁)；对Kiewitt-8型单层球面网壳分别进行大量的水平一维和竖向一维地震时程响应分析，计算地震动强度参数与结构响应的相关系数。结果表明：地震动相对强度参数在水平方向上与地震动绝对强度参数相比能较好反映地震作用对结构的影响，但在竖向存在局限，与结构响应不具有较好的相关性。此外，控制结构最大竖向响应振动模态的振动周期通常是未知的。通过对S_a(T₁) 局限产生的原因进行分析，提出了一种可用于工程的地震动相对强度参数即敏感频率反应谱值S_a (f_p)，该参数在水平向和竖向表现出了更好的与结构响应的相关性。     

考虑结构整体特性的钢筋混凝土框架震后残余侧移响应研究

为了研究钢筋混凝土框架结构震后残余位移及结构整体特性对其影响,首先对3个楼层数不同的钢筋混凝土平面框架结构进行静力推覆分析,得到结构第一模态推覆曲线及相应等效三线形推覆曲线,进而基于等效推覆曲线获得结构整体的屈服后刚度比和下降段刚度比。其次,通过对钢筋混凝土平面框架结构在3个地震动强度水平、22条地震动记录输入下的弹塑性时程分析,分别计算得到最大层间位移角和最大残余层间位移角的平均值、标准差和变异系数,并分析结构整体特性如结构基本自振周期、屈服后刚度比、下降段刚度比等对最大层间位移角和最大残余层间位移角的影响,以及最大层间位移角和最大残余层间位移角之间的相关性。结果表明,最大层间位移角和最大残余层间位移角受结构基本自振周期影响明显,同一地震动强度水平下,两者均随结构基本自振周期的增大而增大。随着结构屈服后刚度比的增大和下降段刚度比绝对值的增大,最大残余层间位移角也增大,其离散性也随之变大。与上部楼层相比,高强度水平地震动下非线性发展较为充分的结构下部楼层的最大层间位移角和最大残余层间位移角的相关性较好。     

基于偏最小二乘回归的地震动复合强度参数构造与统计性分析

为解决某些地震动强度参数对某些结构有效性较好,而对其他结构有效性较差的问题,基于偏最小二乘回归提出一种地震动复合强度参数的构造方法。对构造的地震动复合强度参数与工程需求参数进行概率地震需求分析,从充分性、有效性、有益性和鲁棒性四个角度对地震动强度复合参数开展统计性分析。为校验所提方法的准确性,选择具有不同高度和不同抗震设防水平的16个钢筋混凝土框架结构为例,并遴选100条真实地震动记录作为地震输入。选取8个地震动强度参数作为基本参数,以结构最大层间位移角作为工程需求参数,采用偏最小二乘回归方法,构造地震动复合强度参数,并对其进行统计性分析。分析结果表明：偏最小二乘回归方法是一种较为合理构造地震动强度复合参数的方法,所构造的地震动复合强度参数具有比单个强度参数更优良的统计性,具有更好的有效性、有益性、充分性和鲁棒性。     

低烈度区低配筋多层剪力墙结构抗震性能分析

为研究低烈度区多层剪力墙结构采用比现行规范规定偏低配筋时的抗震性能和工程应用可能性,针对4种不同平面布置形式的多层剪力墙结构,依据现行结构设计规范,分别按抗震设防烈度6度、7度（0.10g和0.15g）进行抗震设计,并减少结构设计规范要求的墙身构造钢筋量,形成低配筋多层剪力墙结构。经对设计完成的相同平面布置的低配筋剪力墙结构的截面和配筋情况进行对比,发现6度和7度（0.10g）设防区的构件截面和配筋完全相同,而与7度（0.15g）设防区稍有差别。采用Perform-3D程序对设防烈度7度区低配筋多层剪力墙结构进行非线性动力反应分析,结果表明：结构在7度罕遇地震作用下的地震反应很小,进入非线性的区域不大,结构损伤轻微;对比墙身配筋率显著小于低配筋多层剪力墙结构的剪力墙试件试验结果发现,在7度罕遇地震作用下,低配筋多层剪力墙结构中剪力墙的损伤很小,且最大层间位移角远小于其极限位移角。因此,低配筋多层剪力墙结构的抗震性能良好,可以在低烈度抗震设防区（6度和7度区）采用。另外,根据分析结果,建议墙体水平和竖向分布钢筋配筋率分别为0.15%和0.10%。     

强震作用下竖向不规则RC框架结构抗震易损性分析

研究速度脉冲强震作用下竖向不规则钢筋混凝土框架结构的抗震易损性。以5层和10层底层竖向不规则框架结构为分析对象,考虑地震动输入的不确定性,通过非线性动力时程分析获得结构底层最大层间位移响应,并通过曲线拟合建立最大层间位移与基本自振周期对应的谱加速度函数关系;假定最大层间位移和极限性能目标位移取对数正态分布的平均值,建立能有效评估结构竖向不规则极限控制参数的易损性曲线。分析结果表明：速度脉冲强震作用下,楼层承载力和刚度突变对结构层间位移有较大影响,底层竖向不规则程度越大最大层间位移亦随之增大,而中间层最大层间位移则减小;地震动强度越大,最大层间位移离散性越大;楼层承载力和刚度突变对抗震易损性曲线的影响较大,楼层数不同结构易损性曲线趋势不同。     

基于天际线查询的最不利地震动选取方法研究

基于天际线查询的最不利地震动选取方法,用于重要结构的弹塑性时程分析。首先,介绍了天际线的概念和天际线查询算法;其次,提出基于天际线查询的最不利地震动选取方法,并提出了能综合反映地震动对特定结构破坏力的五维向量式地震动强度指标来定义地震动的支配关系。然后,以3个剪切层模型为例说明选波步骤,算例模型在天际线子集输入下的地震响应验证了该方法和向量式地震动强度指标筛选最不利地震动的有效性。最后,通过对地震动反应谱形状的分析,以及天际线查询的最不利地震动选取方法与其他最不利地震动选取方法的比较,进一步验证了天际线查询的最不利地震动选取方法能够有效筛选出对特定结构具有高破坏力的小样本地震动集合。     

钢筋混凝土框架结构竖向不规则参数的概率评估

采用蒙特卡罗模拟方法分析钢筋混凝土(RC)框架结构竖向不规则参数的抗震控制效果。以底层和中间层竖向楼层承载力和刚度不规则的5层和10层RC框架结构为分析对象,考虑地震动输入的随机性,通过非线性动力时程分析确定结构的最大层间位移角,并分析其随竖向不规则系数变化的规律和超越极限状态水准的失效概率。分析结果表明：楼层竖向承载力和刚度不规则对结构最大层间位移角的影响较大,最大层间位移角随竖向不规则系数的减小而增大,底层不规则较中间层不规则的影响大,承载力不规则较刚度不规则的影响大;竖向不规则对结构地震反应超越极限状态水准的失效概率有显著的影响,失效概率随竖向不规则系数的减小而增大,竖向不规则系数越小失效概率越大;承载力不规则系数为0.7和刚度不规则系数为0.8可作为竖向不规则参数的抗震控制点。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形,提高震后快速恢复能力.将自复位体系与胶合木框架结构相结合,是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一.为此,提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法,并对自复位结构(self-centering struct...