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。     

关于高层建筑结构时程分析的探讨

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》[1]规定将时程分析法作为计算高层建筑地震作用的一种方法,是振型分解反应谱法的重要补充。本文简述时程分析法的意义。振型分解反应谱法不能反应结构在地震动过程中的经历;时程分析法是直接动力法,采用逐步积分的方法求得结构在地震过程中每一瞬间的位移、速度和加速度。当选取不同的地震波时,结构的地震响应相差很大。因此,如何合理选取地震波成为工程实践中必须解决的问题。本文简述了输入地震波选取的基本原则,并提出了选波步骤的建议。最后,用实例说明时程分析法的应用。     

某正交空腹网壳结构抗震性能分析

应用振型分解反应谱法和时程分析法对某正交空腹网壳结构进行常遇地震作用下的抗震分析。讨论在不同方向、不同维数地震波激励下正交空腹网壳结构的动内力分布特点。分析结果表明,计算结构地震响应时需按多向多维进行分析,振型分解反应谱法与时程分析法计算的轴力动内力系数基本一致,而弯矩动内力系数差别较大。     

常德某电厂场地地震动反应分析

为了模拟50年超越概率为10％、2％、1％、震中距40km的地震,首先产生了基岩地面响应合成时程图,然后以合成的50年超越概率为10％、2％、1％的基岩地震波作为输入,使用一维剪切波理论对穿过场地土层的输入响应进行地震反应计算并分析地表动反应,最终目的是对常德地区某电厂场地进行地震反映分析。计算所得到的加速度时程图、加速度反应谱以及放大谱对工程设计人员有较大的帮助。     

隔震结构振型分解反应谱计算方法研究

隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计,由于使用统一的减震系数,部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法,将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同,隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时,计算隔震结构的振型阻尼比,是计算地震作用的关键。采用能量法,推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式,并对其进行简化。结合GB 50011-2010《建筑结构抗震规范》反应谱,给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明,按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。     

跨度800m凯威特型巨型网格结构在8度多遇地震作用下受力性能分析

以跨度800m凯威特型巨型网格结构为研究对象,对其在多遇地震作用下的受力性能进行研究。基于位移权重系数和内力权重系数,对瑞利阻尼系数计算方法进行了修正。采用时程分析法对跨度800m的凯威特型巨型网格结构进行了8度多遇地震作用下结构反应的计算,对其位移和内力反应进行了分析。结果表明：结构最大位移和最大内力的放大系数在1.1~1.2之间;通过对比振型截断法和振型过滤法,发现由振型过滤法确定的组合振型,可使多维反应谱法的计算结果精度更高且计算速度更快,应用多维反应谱法对结构进行计算,并与时程法的结果进行对比,由两种方法计算得到的内力及位移反应平均误差在10%左右,且反应包络线趋势一致。     

索穹顶结构地震作用计算方法的对比分析

由于结构的几何非线性，我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中并未对以索穹顶为代表的柔性大跨屋盖结构的地震作用计算方法作出明确规定。为此，以重力荷载代表值作用下的平衡构型为考察对象，通过与时程分析法计算结果进行对比，考察振型分解反应谱法用于索穹顶结构地震作用计算的适用性。为保证地震动输入的一致性，时程分析时使用由设计反应谱生成的人工地震波。基于振型参与质量系数，提出了一种判别屋盖索穹顶结构地震作用主要贡献振型的指标，并指出应采用对屋盖索穹顶结构的地震作用提供主要贡献的振型确定瑞利阻尼系数，否则时程分析时将显著高估结构阻尼效应并造成结构地震响应的计算结果偏小。采用两种方法计算索穹顶结构在不同挠跨比限值(预应力水平)下的多遇地震响应。结果表明，对于满足非抗震设计验算的Geiger型和Levy型索穹顶算例，振型分解反应谱法计算得到的结构地震响应与时程分析法的结果匹配良好，验证了该方法进行此类柔性屋盖结构地震作用计算的适用性。     

大跨越钢管混凝土输电塔线体系的地震响应分析

建立一个大跨越钢管混凝土输电线路的单塔和塔线体系有限元模型,对这两种模型进行地震响应分析。首先,利用振型分解反应谱法分析两种模型在地震作用下的响应;然后,选取两条实际地震波和一条人工波,利用时程分析法获得两种模型在三种地震波作用下的响应。计算表明:塔线体系的固有频率与单塔相比变化很小;由于输电线的减振作用,塔线模型的底部剪力和一些单元的应力比单塔模型的有所减小;由功率谱法指出结构的一阶模态对结构的地震响应起决定性作用;时程法得到的结构底部剪力均不小于反应谱法的80%,说明所选的这组地震波是合适的。反应谱法与时程分析法计算的结果具有较好的可比性,说明采用的计算方法、过程和结果是有效的。     

天津慈海桥摩天轮结构的抗震性能分析

对天津慈海桥摩天轮结构的抗震性能进行了分析,采用振型分解反应谱法和弹性时程分析法分别计算多遇地震下结构的内力和变形,从地震波的加速度谱和功率谱两方面分析了比较结果,将反应谱结果考虑一增大系数后进行结构校核。采用弹塑性时程分析法进行了罕遇地震作用下的分析。分析结果表明,结构的变形和强度均满足要求,抗震性能良好。     

组合模态推覆分析法在某超限高层剪力墙结构中的应用和验证

传统的推覆分析方法按一阶模态进行推覆分析,不考虑高阶振型的影响,在高阶振型影响较大的超高层结构的分析中,存在较大的误差。本文中使用考虑高阶振型影响的组合模态对某超高层剪力墙结构进行推覆分析。并将得到的整体反应结果与动力时程结果进行对比,把其中最接近推覆分析层位移曲线或层间位移曲线包络的地震波作为时程分析输入地震波。然后将此地震波双向或三向输入进行时程分析,从构件到结构层面进行详细的抗震性能评估。采用组合模态推覆分析法得到的目标位移和层位移曲线等物理量具有地震反应统计平均值的意义,即使最终推覆分析不用于设计,但仍可以作为辅助依据来指导时程分析中地震动加速度的选取,以减小非线性动力分析的离散性。     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

地震动记录选择与调整对RC框架结构地震响应影响研究

合理的地震动记录选择与调整是影响结构非线性时程分析结果可靠度的重要因素之一。选择7组地震动记录分别运用谱匹配方法和按结构基本周期对应谱加速度Sa(T1)调整方法进行调整,并分别对5层和11层钢筋混凝土平面框架输入调整后的地震动记录,进行单一强度水准下的非线性时程分析,提取结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为工程需求参数进行了离散性分析和偏差研究。分析结果表明,选择合理的地震动记录进行调整和对目标谱的匹配可以减小结构地震响应分析结果的离散性,且响应分析结果不会出现较大程度的偏差|相同强度Sa(T1)下,结构地震响应分析结果随条件谱谱形参数ε的增大而减小。     

Evaluation of ground motion scaling methods in soil–structure interaction analysis

Dynamic analysis of structures deals with scaling of ground motions, which is vital for estimation of seismic responses. A major source of variability in seismic responses of structures arises from scaling of ground motions. In this paper, the accuracy of six conventional scaling methods on estimation of engineering demand parameters of soil–structure interacting systems is investigated. Two‐dimensional structural models of 5, 10, and 20 stories shear buildings are studied by using stick models, whereas the underlying soil is modeled using the cone model concept. This research attempts to elucidate the accuracy of considered methods for the evaluation of responses. The results show that a suitable scaling method for a response may differ from one to another in terms of accuracy and efficiency. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Comparison of ASCE/SEI Standard and modal pushover-based ground motion scaling procedures for pre-tensioned concrete bridges

Complex analysis methods such as non-linear time-history analyses (NTHA) are often required for the design of non-standard bridges. The selection of the ground motions for the NTHA is a crucial task as the results of the analyses show a wide variability according to the selected records. In order to predict the demand in accordance with the seismic hazard conditions of the site, the selected motions are usually modified by scaling procedures. Within this context, the performance of two scaling methods, namely the Modal Pushover Based Scaling (MPS) and ASCE/SEI procedures, are compared for the NTHA of a large bridge, the Demirtas Viaduct (longitude 29.10°, latitude 40.28°), in this study. The system comprised of 28 spans was idealised with two different analytical models in order to assess the effect of the modelling on the scaling procedures results. The effects of the hazard level on the scaling results were evaluated. The required number of motions for conducting effective analyses, i.e. the minimum number of motions for estimating the target goals, was investigated at different hazard levels. MPS reduced the dispersion considerably more than the ASCE scaling, indicating sets can be formed with fewer motions to predict the target levels.     

Effectiveness of motion scaling procedures for the seismic assessment of concrete gravity dams for near field motions

With the advent of the time domain analyses, preferred over the design methods based on the response spectrum idea, the use of time histories in the seismic analysis of dams is common practice. Selection of the ground motions to be used in time history analysis is a crucial task as the seismic demands show large variance depending on the chosen records. In order to reduce this variability and predict the ‘true’ demand related to the seismic hazard conditions of the site, the selected ground motions are usually scaled and/or modified. Commonly utilised ground motion scaling techniques (i.e. scaling to the target spectrum, maximum incremental velocity and spectrum matching) are evaluated in this study for determining the efficiency and accuracy of the scaling technique in predicting the target demands on the concrete gravity dams. Different canyon geometries and moduli ratios were considered in a robust soil–structure–reservoir interaction framework including the ground motion variability through the use of a large ensemble of motions. The minimum number of required motions for consistent estimation of seismic demands on gravity dams was determined to be higher than current practice. Demand parameters corresponding to the non-linear response were determined to be underestimated by the scaled sets.     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于 ABAQUS 软件的 32CPU 显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土–框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明：大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。     

随机激励下多塔结构BRB布置优化及#br# 多维易损性评估

为评估随机激励下非对称多塔结构抵抗剪扭耦联破坏的抗震性能,提出基于概率密度演化方法的多维性能极限状态易损性分析方法。采用层间位移角与层间扭转角量化指标,考虑指标阈值随机性及指标间相关性,基于概率密度演化方法计算超越概率,从而获得二维性能极限状态下结构易损性曲线。对烟花算法进行离散化和等变量改进,完成屈曲约束支撑(BRB)布置优化设计,实现多塔结构的随机非线性震动控制。结果表明：所提出的易损性方法可为多塔结构抗震性能提供综合可靠评价指标,基于改进烟花算法的阻尼器布置优化设计可以有效提高结构抵抗剪扭耦联破坏的抗震性能。