脉冲型地震下地震动强度指标与基础隔震结构位移响应相关性研究

以隔震结构等效SDOF体系为研究对象。采用Bouc-Wen模型描述体系非线性力-变形行为,以近断层脉冲型地震记录为输入,运用MATLAB进行编程并求解得到体系的非线性地震响应;采用Spearman秩相关系数法对地震动强度指标与SDOF体系位移响应之间的相关性进行统计研究;分别以5层和8层基础隔震结构为例对分析结果进行算例验证。研究结果表明,与其它地震动强度指标相比,速度型指标在各周期段均与等效SDOF体系地震位移响应呈现较高相关性;各地震动强度指标对应相关系数曲线的分类化特征明显,其中对应第1类曲线的地震动强度指标更适于多层基础隔震结构,建议将VSI或HI作为优选指标用于多层基础隔震结构地震位移响应预测等相关方面研究。     

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。     

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。     

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。     

水电站厂房抗震分析中地震动强度指标选择研究

为了探究适用于水电站厂房抗震分析的地震动强度参数(intensity measure,IM),基于某水电站地面厂房工程实例,首先选取42条天然地震动记录作为输入,对17种具有代表性的地震动强度指标与厂房结构的非线性地震响应进行相关性分析,评价各强度指标在水电站厂房地震响应分析中的适用性;然后基于增量动力分析(incre...     

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。     

地震动参数对土坡地震响应的影响权重研究

影响边坡地震稳定性的地震动参数有多种。研究地震动参数与土坡地震响应的相关性对边坡工程的抗震设计和灾后应急救援有重要的理论和现实意义。基于有限元数值模拟和数学方法,选取了100条具有不同地震动峰值加速度(PGA)、地震动峰值速度(PGV)、阿里亚斯强度(AI)、绝对累积速度(CAV)、持时和特征周期的地震动记录,分析了不同特性地震动作用下土坡的动力响应规律,并探讨了地震动各参数与土坡地震动力响应的相关性。研究结果表明,地震动各参数对坡体变形位移的影响权重从高到低分别为PGV、PGA、AI、CAV、特征周期和持时,对坡体加速度的影响权重从高到低分别为特征周期、持时、PGV、AI、CAV和PGA。     

近场脉冲型地震作用下结构响应预测研究

选择典型的具有速度脉冲的近场地震动记录组成地震记录库,建立了3个处于不同周期范围的墩柱结构模型,利用非线性动力分析考察了采用非弹性位移响应谱值作为近场脉冲型地震动的强度参数来预测结构地震响应的有效性,并探讨了非线性振子的参数选取对利用非弹性位移响应谱值预测结构地震响应的影响;以模型的静Pushover分析得到的屈服位移...     

基于因子分析的地震动特征提取及潜在破坏势评估

基于多种地震动强度指标,采用因子分析提取地震动强度指标的特征因子,将提取的主因子进行线性组合,构造地震动多元强度主因子。以不同恢复力模型的单自由度以及多自由度体系为研究对象,基于2766条地震动记录,选取9个基本强度指标并采用因子分析提取其特征,同时对构造的地震动多元强度主因子与不同结构损伤指标进行相关性分析。研究结果表明:不同场地类别下各地震动强度指标所属的主因子趋于稳定;通过因子分析提取的两个主因子具备较好的可解释性;场地类别、强度折减系数和恢复力模型对构造的地震动多元强度主因子与结构损伤指标的相关性影响较小;构造的地震动多元强度主因子考虑了更多地震动信息,保持了其与不同结构损伤指标稳定且良好的相关性。     

第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析

基于多种地震动强度指标,采用因子分析提取地震动强度指标的特征因子,将提取的主因子进行线性组合,构造地震动多元强度主因子。以不同恢复力模型的单自由度以及多自由度体系为研究对象,基于2766条地震动记录,选取9个基本强度指标并采用因子分析提取其特征,同时对构造的地震动多元强度主因子与不同结构损伤指标进行相关性分析。研究结果表明：不同场地类别下各地震动强度指标所属的主因子趋于稳定;通过因子分析提取的两个主因子具备较好的可解释性;场地类别、强度折减系数和恢复力模型对构造的地震动多元强度主因子与结构损伤指标的相关性影响较小;构造的地震动多元强度主因子考虑了更多地震动信息,保持了其与不同结构损伤指标稳定且良好的相关性。     

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。     

近场与远场长周期地震动对高层结构作用机理比较分析

以远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动三类长周期地震动为研究对象,在分析长周期地震动最大瞬时输入能与SDOF体系最大位移响应相关性的基础上,提出瞬时输入能比的概念,对比分析探讨不同类型长周期地震动作用下结构的破坏模式;基于Hilbert-Huang变换,以某12层RC框架结构为例,分析长周期地震动作用下控制结构弹塑性地震响应的IMF分量,并对不同类型长周期地震动的瞬时能量曲线及累积能量曲线进行对比分析,在此基础上提出有效长周期地震动、有效峰值及能量梯度的概念,分别从频域与时域角度分析长周期地震动对高层结构的作用机理。结果表明:长周期地震动的有效峰值显著大于普通地震动,揭示了长周期地震动作用下高层结构的地震响应大于普通地震动的内在机理;能量梯度对比分析表明不同类型长周期地震动的能量释放特征差异显著,揭示了远场类谐和地震动的脉冲循环作用机理及近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动的脉冲冲击作用机理,其中,前者易使结构发生累积损伤破坏,后者易使结构发生首次超越破坏。     

地震动多元强度参数主成分与结构损伤的相关性分析

采用主成分分析方法,考虑多个地震动强度参数,综合分析多元地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性。以单自由度体系为研究对象,使用三种恢复力模型,选择80条真实地震动记录作为输入,分析得到体系在地震作用下的最大位移和滞回能量。采用挑选的10个地震动强度参数,基于主成分分析方法,构造地震动强度的主成分线性组合,并对地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性进行分析。结果表明：由于考虑了多个地震动强度参数,相比于单个地震动强度参数与结构损伤之间的相关性,地震动多元强度参数主成分与结构损伤之间的相关性更为稳定。     

基于云图法的规则桥梁概率地震需求模型

基于性能的结构抗震设计需要建立在概率理论的基础之上,结构概率地震需求模型是其中的一个关键环节。针对公路梁式桥中的规则桥梁,利用OpenSees软件,建立了8座具有一定代表性的规则桥梁样本;选取三类不同场地条件下2390条国内外地震动记录,基于云图法对8座桥梁样本逐一进行了时程分析;以阻尼比为5%、与结构基本周期相对应的谱加速度S_a作为地震动强度指标,以墩顶位移漂移率D作为工程需求参数,分析了三类不同场地条件下、不同桥梁样本的地震动强度指标与工程需求参数之间的概率分布特征。结果表明:三类不同场地条件下,规则桥梁与结构基本周期对应的弹性谱加速度S_a与墩顶漂移率D之间近似服从指数函数分布。利用分析结果,建立了三类不同场地条件下规则桥梁地震动强度参数与地震需求参数之间统一的简化计算公式;算例验证表明,所建立的简化概率地震需求模型具有良好的计算精度,可大大简化规则桥梁概率地震需求的计算。     

远场类谐和地震动下的高层结构地震响应与损伤机理分析

远场类谐和地震动是一种特殊的长周期地震动,其较大幅值的类谐和波可能给高层结构带来不利影响。通过对远场类谐和地震动的类谐和波段进行分析,探讨类谐和波段与加速度反应谱的第2波峰之间的关系;然后对某高层框筒结构的实例模型进行弹塑性动力时程分析,分析结构的地震位移和内力响应、周期变化曲线、损伤云图、压缩损伤指数以及结构顶点位移响应的功率谱密度,并讨论结构损伤的程度、时刻和位置与类谐和波的关系。结果表明:类谐和波段与加速度反应谱的第2峰值存在一一对应的关系;高层结构在6度中震强度的远场类谐和地震波下的地震位移响应超过了7度大震强度的普通地震波下的值;幅值较大的类谐和波是导致结构刚度迅速衰减的主要原因;结构损伤最严重的时刻并非发生在地震最大能量输入时刻,而是推迟到了类谐和波段,且结构损伤最严重的位置呈现向结构底部移动的趋势。     

适用于高层RC结构的谱加速度指标分析

地震动强度指标是影响结构地震风险评估准确性的重要参数。为此,基于12榀高层RC结构的增量动力分析结果,首先计算了谱加速度指标在不同周期下的有效性和充分性,考察二者与高阶振型和非线性软化效应的相关性,进而分析反应谱的控制周期值,并据此提出适用于该类结构的多周期平均谱加速度指标。研究表明：谱加速度指标的有效性和充分性随反应谱周期取值的不同波动性较大,受高阶振型和非线性软化效应的影响;与既有地震动强度指标相比,该文提出的多周期平均谱加速度指标的有效性显著提高,对于该类结构具有较好的适用性。     

基于Copula函数的水平和竖向地震动强度参数相关性分析

水平和竖向地震动强度参数的相关性是水平和竖向地震动选取等研究的重要基础。该文从PEER NGA-West2数据库中选取了975组地震动记录，基于水平向地震动四种合成方法，计算合成后的水平向地震动强度参数和竖向地震动强度参数。利用K-S检验、AIC和BIC准则，确定了水平和竖向地震动强度参数的最优边缘分布。采用Pearson线性相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数，分别计算了水平和竖向地震动强度参数相关性度量指标。利用AIC和BIC准则，确定了水平和竖向地震动强度参数最优Copula函数。综合最优边缘分布和最优Copula函数，建立了水平和竖向地震动强度参数联合分布模型，给出了以水平向地震动强度参数为条件的竖向地震动强度参数预测均值，并且研究了不同场地类别对其相关性结果的影响。研究表明：水平和竖向地震动强度参数的边缘分布以广义极值分布为主；在四类地震动强度参数中，与时程相关的地震动强度参数相关性最高；Copula函数是一个建立水平和竖向地震动强度参数的联合分布模型的有效工具；基于四种方法合成的水平地震动强度参数与竖向地震动强度参数间的相关性基本相同；不同场地类别...     

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。     

适用于高层隔震结构的地震动强度指标研究

近年来,功能可恢复已逐渐成为地震工程领域的研究热点。隔震技术是实现高烈度区高层结构震后功能可恢复的重要手段。地震作用下,关键工程需求参数（主要包括上部结构最大层间位移角MIDR、顶层最大位移MRD和楼面最大加速度MFA以及最大隔震层位移MBD）是评价该类结构是否满足功能可恢复需求的重要指标。合理的地震动强度指标是预测结构响应和评价结构地震功能可恢复能力的重要基础,该研究基于4个高层隔震案例,考虑结构体系、高度、隔震方案、屈重比和地震动类型等因素的影响,评估了25个地震动强度指标与高层隔震结构关键工程需求参数的相关性。识别了与各关键工程需求参数相关性最佳的地震动强度指标,明确了综合平衡性最佳的地震动强度指标,并讨论了各因素的影响效应。该研究成果可为基于功能可恢复的高层隔震结构抗震性能的评估和设计方法的提出提供参考。     

基于BP神经网络的RC框架结构地震易损性曲面分析:考虑地震动强度和持时的影响

与短持时地震动相比,长持时地震动会加剧结构的损伤,增加结构的失效概率,因此有必要更充分地研究地震动持时特性对结构地震易损性分析结果的影响。该文提出了一种基于BP神经网络的地震易损性曲面分析方法,使用神经网络模型,综合考虑地震动强度和持时特性对结构地震需求的影响,并进行地震易损性分析,得到不同损伤水平下考虑地震动持时特性的结构易损性曲面。选用3个不同高度的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别选择具有长、短持时特性的2组地震动记录为输入,采用BP神经网络模型建立地震动强度指标与结构响应间的关系,在此基础上得到目标地震易损性曲面,并对该方法的有效性进行讨论。分析结果表明,研究建立的BP神经网络模型精度较高,依据该方法可得到可信的损伤概率分析结果。相比于传统方法,神经网络可以更为有效和准确地建立持时与结构损伤的相关关系,得到考虑持时特性的易损性分析结果。该文的方法亦可进一步拓展,将更多地震动特性纳入地震易损性分析过程,具有明确的应用前景。