多维地震动输入下结构地震反应分析

介绍了多维地震动作用下结构地震反应的分析方法,探讨了地面运动转动（扭转与摇摆）分量对对称空间框架结构地震反应的影响,得到了有规律性的结果,取得了一些新的认识。     

脉冲型地震动作用下大跨输煤栈桥的动力响应

为研究近断层脉冲效应对火力发电厂钢结构输煤栈桥地震响应的影响,以某典型输煤栈桥结构为研究对象,采用基于能量的脉冲地震动识别方法,选取9条不同脉冲周期的近断层脉冲型地震动,利用标准脉冲数学模型的方法,剔除所选地震动中的脉冲成分,从而获得相应的9条非脉冲地震动。在此基础上,采用动力时程分析方法,对比脉冲地震动与非脉冲地震动对该典型输煤栈桥结构地震响应的影响。研究结果表明：脉冲型地震动会对输煤栈桥的地震响应产生显著影响,特别是脉冲周期与结构自振周期接近时,三向输入时脉冲效应对输煤栈桥结构响应的放大作用最明显,其最大放大系数为2.1;在脉冲型地震作用下,输煤栈桥的柱顶水平位移为弹塑性位移限值的1.36倍,将产生超出预期的严重破坏,其钢桁架跨中挠度为正常使用限值的2.97倍,将会严重影响结构的适用性及附属设备的安全。因此,在对近断层区域内的输煤栈桥结构进行抗震设计时,有必要考虑脉冲效应和地震动多维性对结构地震响应的影响,否则将低估结构的动力响应。     

海底地震动作用下隔震桥地震反应

为确定海底地震动对跨海桥梁的影响,以跨海桥梁常使用的隔震连续梁桥为研究对象,输入4次地震中相邻陆地与海底强震台站的7组实测强震记录,通过对比墩顶位移与加速度、墩底弯矩与剪力、墩顶相邻主梁的相对位移、以及隔震支座的耗能与位移等,分析海底地震动对隔震梁桥地震反应的影响。研究表明:海底地震动作用下,结构的地震反应与支座位移均明显增大,并可能造成支座损伤等破坏。     

近场地震动作用下墩高差对高墩桥梁的影响分析

为分析在近场地震动作用下墩高差对高墩桥梁的影响,文中以某高墩桥梁为例,分析其自振频率及在近场地震动与普通地震动作用下的响应,并与等墩高桥梁对比,结果表明：存在墩高差异的高墩桥梁其结构的基频值小于等墩高桥梁,墩高差对高墩桥梁低阶振型影响较大;墩高差对高墩桥梁在普通地震动下内力分布影响不明显,能在一定程度上减小高墩墩底剪力,而在近场地震动作用下会导致桥梁内力分布极不均匀,随着墩高差的增加,高墩桥梁墩底的内力和梁体位移会随之增大,使其更易发生梁体碰撞。     

脉冲型地震动下建筑非结构构件加速度响应估计

基于前向性效应脉冲型地震动的三角函数近似模型,推导了脉冲地震动作用下无阻尼和有阻尼单自由度结构的位移和加速度响应的解析式。选取25条脉冲型地震动,开展了地震响应时程分析,回归拟合了楼层反应谱相对于楼层加速度峰值的放大关系。基于脉冲作用下的主结构加速度响应峰值和楼面反应谱相对于楼面加速度峰值的放大因子,建立了脉冲型地震动下的楼层反应谱的预测方法。数值计算结果的对比表明,文中方法可以较好地用于脉冲型地震动引起的楼面反应谱的预测,可用于建筑非结构构件的地震响应计算。     

震源机制对海底地震动及跨海桥梁地震反应的影响

为了研究震源机制对海底地震动特性的影响,将从日本K-net搜集到的113条海底地震动按震源机制、震中距和震级分类。从其中选取中场中震海底实测记录进行加速度(a)、速度(v)和位移(d)反应谱,以及d-v-a三联谱的对比。为了进一步了解不同震源机制下海底地震动的差异,对比分析跨海桥梁于不同震源机制下海底地震动的地震反应。在保证所选地震动的峰值加速度(PGA)接近和缩放系数接近的原则下,并以各自中场中震地震动平均反应谱为匹配对象,选取走滑断层和逆断层各4条海底实测地震记录,分析其对某跨海大桥引桥段的影响。经过分析对比后发现走滑断层在中、长周期段各谱值明显高于逆断层,且速度敏感区长度也更长,而且跨海桥梁对走滑断层海底地震动的地震反应均大于逆断层。     

脉冲型近场地震动的近似模型的比较研究

为了更好地研究脉冲型近断层地震动对结构的影响,对模拟其速度时程的不同近似模型进行了比较研究。选取4种代表性的近似模型,包括三角形模型、三角函数模型、带包络函数的三角函数模型和小波模型,通过对7条脉冲型地震动进行反应谱分析和非线性结构地震响应分析,比较研究各种近似模型用于结构分析时的精度和适用性。结果表明,模拟精度与结构周期与脉冲周期比值T/Tp相关。反应谱分析可知,在标准化周期T/T_p>0.8的区间,近似模型可以得到与实测地震动较为接近的速度反应谱值,两者比值的均值在0.75~1.25之间波动。非线性地震响应分析可知,带包络函数的三角函数模型和小波模型的层间位移角误差在10%~20%之间,模拟精度较高,可用来分析脉冲型地震动对结构的影响。     

近断层脉冲型地震动强度指标与高耸结构损伤关联性

为了研究近断层脉冲型地震动作用下适用于评价高耸结构抗震性能的地震动强度参数,基于加速度反应谱提出一种同时考虑结构周期延长和高阶振型效应的地震动强度指标。分别以120 m和240 m的钢筋混凝土烟囱结构为研究对象,使用OpenSEES程序,在近断层脉冲型地震动作用下,揭示了高耸混凝土结构的损伤指标(Park-Ang损伤指标、最大层间位移角、最大曲率、最大楼层加速度以及最大顶点位移)与37个地震动强度指标的关联性。研究结果表明：提出的地震动强度指标最适合用于预测高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震作用下发生的Park-Ang损伤;与速度相关的地震动强度指标表现出与高耸结构损伤指标的较高的相关性;随着结构周期的增大,位移型的地震动强度指标与损伤的关联性有增长的趋势;此外,地面峰值加速度在表征高耸结构变形破坏方面存在局限性,但是可以用来分析非结构构件的抗震性能。研究结论可为选择合适的地震动强度指标和损伤指标评价高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震动作用下的抗震性能提供参考。     

主余震序列型地震动对RC框架结构地震反应定量影响研究

为探讨主余震作用下结构地震反应特征,量化主余震序列型地震动对结构地震反应参数的影响,采用OpenSEES有限元软件建立了一个3层典型RC框架结构模型,并选取594条实际台站记录到的真实主余震地震动记录作为结构反应分析的输入激励,开展了结构地震反应计算,分析了余震与主震相对强度、场地条件和地震动输入强度对结构地震反应的定量影响.结果表明：余震地震动对结构地震反应影响显著,最大可达90%,余震地震动对结构响应影响程度与其对主震的相对强度相关性较大,与场地条件相关性较小,规律不明显,余震强度对结构地震损伤影响明显.本文结果可供考虑主余震作用的结构抗震设计参考.     

长周期地震动下大跨斜拉桥随机地震反应对比

长周期地震动下大跨桥梁的抗震性能研究备受关注。以某超大跨斜拉桥为研究对象,建立ANSYS三维有限元模型,利用改进虚拟激励法,进行长周期和普通地震动作用三向激励下对比分析。结果表明:两类地震动三方向激励对该桥响应特性的影响规律大体相同,且长周期地震动作用下该斜拉桥的内力和位移响应明显大于普通地震动下的响应值。     

双向地震动作用下隔震结构概率地震需求分析

提出了双向近场和远场地震作用下,隔震结构概率工程需求分析的基本步骤和具体计算方法,以某实际隔震结构为例,给出了工程需求参数的选择、结构性能水准及抗震设防目标的具体确定.以地震波的PGA为IM,利用基于增量动力分析方法的条带调整法,计算了该隔震结构10、LS、CP各性能极限状态的易损性曲线,绘制了近场和远场地震作用下50年设计基准期内上部结构最大层间位移角和隔震支座最大位移的超越慨率曲线.根据此曲线,对隔震结构的抗震性能进行了概率评估.     

保定市市区抗震设防区划中设计地震动参数的确定

根据保定市市区工程地质及地震地质条件,将市区划分为不同的地质单元分区．进 一步对不同分区的典型土层进行地震反应分析,并在此基础上确定了保定市市区的设计地 震动参数．在某些方面补充了规范的不足,使保定市的抗震设防水准更加合理．     

方向性脉冲型地震动对沉管隧道动力响应分析

为揭示地震动的脉冲效应对沉管隧道动力响应的影响,参考广州佛山沉管隧道建立了一个双向四车道沉管隧道动力分析有限元模型。动力有限元模型中引入了土体的非线性动力本构模型,通过在模型底部水平向输入地震动,对比分析了40组具有方向性效应脉冲型地震动(FD)及相应剔除速度脉冲后的无脉冲地震动(NP)作用下沉管隧道的地震响应。研究结果表明:(1)FD地震动相对于NP地震动对沉管隧道的响应更大(位移、加速度及应力);(2)随着地震动峰值速度(PGV)的增大,结构的响应也都呈现出增大的趋势,同时峰值速度影响系数R较大时,相对应的结构响应脉冲影响系数K也大,说明具有速度脉冲的地震动对结构的响应更大;(3)随着脉冲周期T_p的增大,结构响应的脉冲影响系数K都是先增后减,并且脉冲周期在结构第一自振周期附近区间时,结构响应都较大,说明脉冲型地震动的脉冲周期对沉管隧道的地震响应也有显著影响。     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

钢筋混凝土框架结构在近断层脉冲型地震动作用下的动力响应

基于现行的抗震设计规范设计了三层、六层和九层的钢筋混凝土平面框架结构.并对这些钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动和一般地震动作用下的动力响应进行了研究,研究发现:对于近断层地震的脉冲效应现行的抗震设计规范考虑不充分,结构的层间位移角并不能满足1/50的限制条件.因此建议不考虑地震调整系数,以此来保证结构在近断层地震作用下的安全.     

巨-子型控制结构体系在竖向地震作用下的反应分析

分析了竖向地震作用下巨-子型控制结构体系MSCSS(Mega-sub eontrolled structural system)的反应机理,提出了带附加柱的MSCSS.采用串并联质点系计算模型,对带附加柱与不带附加柱MSCSS进行了时程对比分析,计算结果表明:带附加柱与不带附加柱MSCSS相比,带附加柱MSCSS不仅可以在结构上解决巨型梁的大跨度问题,而且在竖向地震下具有较好的控制效果.基于随机振动复模态理论,采用非平稳地震动模型,进一步探讨了带附加柱MSCSS的子结构层数和巨(型)梁刚度等参数对结构反应的影响,研究表明子结构层数和巨(型)梁刚度等参数对带附加柱MSCSS巨型梁的位移和加速度响应的影响均十分显著.     

地震动特性对单自由度系统地震能量响应的影响

合理地选取了4类场地320条强震记录,基于SDOF体系的地震能量方程,利用弹塑性动力分析程序,研究了地震动特性对SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,结果表明,SDOF体系的地震总输入能、滞回耗能、阻尼耗能都随着震级的增大而增大,阻尼耗能是中长周期结构在小震作用下消耗地震能量的主要方式,而滞回耗能则是结构在大震作用下消耗地震能量的主要方式;随着场地土质的变软,各类地震能量响应都呈递增趋势,它们的增幅也随着场地土质的变软而加剧;只要以某一设防烈度为标准,并给出相应的能量反应谱,则其它设防烈度的能量反应谱就可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到.     

双柱墩地震反应的轴力刚度耦合作用

地震作用下钢筋混凝土双柱桥墩产生的动轴力不仅会改变桥墩的屈服强度,而且也会相应地改变桥墩的刚度,但目前广泛使用的集中塑性模型一般并未考虑这种轴力-刚度的耦合作用。以自动计入轴力-强度及轴力-刚度耦合作用的纤维模型分析结果为基准,研究了轴力-刚度耦合作用对钢筋混凝土双柱桥墩地震反应的影响。结果表明,轴力-刚度耦合作用对双柱墩弹性阶段的反应有较大影响,但不改变结构的极限承载力;由于拉压桥墩的刚度互为消长,等高双柱墩的地震位移响应在不计轴力-刚度的耦合作用时与实际情况只略有差异,但墩柱弹性内力响应则会被较大地低估;不等高双柱墩的刚度受较矮侧桥墩控制,因此轴力-刚度的耦合作用对结构的地震位移响应和弹性内力响应都有明显影响,桥梁不规则性越大影响越显著,在进行结构分析时不能忽视这一因素的影响。     

多维相关地震动作用下结构反应的反应谱法

根据地震动主轴模型的概念和转动分量与平动分量的关系,提出了多维地震动作用下结构的反应谱分析法。该方法可以考虑各分量的相关性和转动分量对结构反应的影响。结果表明:这种影响随结构轴线与地震动主轴方向之间的方位而变化;转动分量对结构角部构件的反应影响较大;当两正交水平方向地震动强度相同时,可不考虑各分量相关性的影响,各分量的反应可按平方和开平方根(SRSS)法进行组合     

圆型限制性三体问题中双脉冲地月转移轨道设计研究

基于圆型限制性三体问题模型(CR3BP),提出了一种用于设计双脉冲地月转移轨道的微分数值计算方法。通过分析地月转移过程中航天器的初始和末端状态,利用Newton-Raphson迭代法推导转移轨道的微分校正方程,并采用periapsis截面来估计转移轨道的初始状态;然后以估计的初始状态作为迭代初值,经过微分校正方程的迭代得到准确的初始状态,完成双脉冲地月转移轨道的设计,并解决了空间CR3BP多个未知参数的问题。因此,该方法不仅适用于平面CR3BP,也适用于空间CR3BP的双脉冲转移轨道设计。数值计算结果表明,该方法能有效地进行双脉冲地月转移的数值计算。另外,双脉冲地月轨道和月地返回地球的轨迹是关于x-z平面镜像。