近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。     

不同类型地震动作用下自复位摇摆桥梁延性需求谱研究

自复位摇摆桥梁的损伤和残余位移小,具有良好的震后可恢复性。文中以自复位摇摆桥梁为研究对象,对不同类型地震动作用下的结构的延性需求谱及其影响因素进行研究。选用FEMA P695推荐的100条典型地震动作为输入,并划分为远场地震动、近场脉冲地震动以及近场无脉冲地震动。研究结果表明,近场脉冲地震动作用下的结构的延性需求最大,设计时需考虑近场脉冲地震动的影响;随着强度折减系数R的增大,结构的延性需求显著增加,设计时不宜采用较高的强度折减系数;增加刚度比α和耗能系数β能在一定周期范围内减小结构的延性需求;阻尼比ξ在0.01～0.05范围内对延性需求的影响基本可以忽略。     

近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明：近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1 892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。     

近场水平地震动选取原则及脉冲型水平地震动弹性谱特性研究

以近40年来世界范围内发生的20次地震总计800条水平地震记录为基础,从加速度反应谱入手,研究震中距、PGV/PGA比值及震级对水平加速度反应谱特性的影响,提出了一种同时考虑震中距、PGV/PGA比值及震级3个指标的近场地震动选取方法。然后对选取的脉冲型水平地震记录作加速度反应谱研究场地类别、震级、PGV/PGA比值等因素对脉冲型水平地震动反应谱特性的影响。研究表明:(1)PGV/PGA>0.2、震中距D<20 km、6.50.2、震中距207.0作为中远场脉冲型地震动的选择原则需要进一步研究。(3)震级M_w>7.0时脉冲型地震动反应谱谱值在中长周期范围内明显增大。(4)PGV/PGA>0.2时脉冲型地震动平均谱谱值在中长周期范围内明显增大。     

长周期地震动频谱特征周期研究

长周期地震动的频谱特性是影响长周期结构动力响应的重要因素,目前关于其频谱特征周期参数的研究尚有欠缺.根据长周期地震动的界定方法,选取65条远场长周期地震动和50条近场脉冲型地震动,计算各条地震动的10个频谱特征周期参数,通过分析各周期参数与长周期地震动低频特性指标的相关性和离散性,探讨合适的长周期地震动频谱特征周期表征...     

长周期地震动强度指标与SDOF体系残余变形相关性分析

为分析两类长周期地震动作用下如何选取合理的强度指标作为结构抗震设计的输入,从2011年东日本9.0级地震、2003年十胜冲8.0级地震和2016年熊本7.3级地震数据库中选取90条可靠的远场长周期地震动。从1994年美国北岭6.7级地震和1999年台湾集集7.6级地震数据库中选取60条近场长周期地震动,以SDOF体系为研究对象,讨论了阻尼比、屈服刚度折减系数和强度折减系数对残余变形与18个地震动强度指标的相关系数的影响,对比分析了两类长周期地震作用下相关系数之间的异同。研究结果表明:在考虑近场长周期地震动作用时,建议应根据结构周期的大小来选择合适的强度指标作为地震动的输入。远场长周期地震动作用下,以PGA、PGV和PGD为代表的强度指标与残余变形的相关程度均较高,PGV稳定性略好于PGA和PGD,建议PGV作为地震动输入的控制指标。残余变形相关系数受阻尼比、屈服刚度折减系数以及强度折减系数影响不大。     

近场地震动频谱特征周期研究

基于999条具有完整信息的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录,对反映地震动频谱特性的不同特征周期参数(反应谱卓越周期T。、平滑化反应谱卓越周期T_o、傅氏幅值谱平均周期T_m)进行了研究,分析了场地条件、地震震级等因素对近场水平向及竖向地震动频谱特征周期的影响,并探讨了我国现行规范中设计反应谱特征周期T_g取值的合理性问题。统计结果表明:在近场区域场地和震中距仍是影响地震动频谱特征周期的重要因素,因为近场地震动的复杂性,震级对地震动频谱特征周期的影响不是很明显;近场区域竖向与水平向地震动的频谱特征周期有明显差别,且场地越软竖向与水平向地震动频谱特征周期的比值越小;我国现行抗震规范中设计反应谱的特征周期取值偏低,可能是偏于不安全的。     

三维隔震连续梁桥近断层地震响应数值分析

以一座多跨连续梁桥为研究对象,根据水平和竖向预期隔震目标,计算确定了三维隔震支座相关力学参数。建立了三维隔震连续梁桥数值仿真模型,通过时程反应分析和数值仿真分析三维隔震多跨连续梁桥的地震反应,验证了三维隔震支座的水平和竖向隔震效果。研究结果表明,作者所提出的三维隔震支座具有适宜的水平和竖向隔震力学刚度和耗能能力。在近断层三维地震动作用下桥墩弯矩隔震效果达60%~70%,近断层脉冲型地震动会造成隔震支座过大的水平剪切变形,进而造成上部结构水平碰撞甚至支座剪切破坏。跨中竖向地震反应隔震效果达20%~40%,菱形钢板阻尼器的应用显著改善了组合碟形弹簧的竖向隔震效果。三维隔震技术是减轻桥梁结构多维地震动反应的有效途径之一,但脉冲型地震动作用可能会降低三维隔震支座的隔震效果,其影响程度和主要影响因素需进一步深入研究。     

近场地震作用下柔性直流换流阀抗震性能分析

柔性直流换流阀具有重心高和柔度大的特点,其地震作用下的抗震性能关系到整个输电工程的安全。以某柔性直流换流站工程的柔性直换流阀作为研究对象,研究近场地震动作用下柔性直流换流阀的抗震性能。首先建立了换流阀有限元模型,模态分析后得到换流阀的自振特性。然后选取8条近场脉冲型地震动和远场地震动记录,并进行地震动作用下换流阀结构整体响应计算,对比分析近场脉冲型地震动和远场地震动作用下换流阀的加速度响应和应力响应。结果显示：与远场地震动相比,近场脉冲型地震动作用下换流阀上部结构的加速度放大效应更加显著,支柱绝缘子根部和框架的等效应力也明显增大,对换流阀结构抗震安全不利。     

水平及竖向地震共同作用下双线隧道的响应分析

基于有效的土-结相互作用有限元数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS对水平及竖向地震共同作用下双线盾构隧道的地震响应进行分析研究。地震动输入选取近场地震Loma、ChiChi、Mammoth和WoLong的基岩水平及竖向加速度时程记录。结果表明,不同近场地震记录对隧道结构的作用不同,隧道的地震反应与场地性质及地震动的频谱特性密切相关。对比隧道在水平及竖向地震动共同作用下的响应与单向水平地震动作用下的响应,发现隧道的最大地震附加内力及其分布均发生较大的变化,在隧道结构抗震设计中需引起重视。另外,分析中还考虑了在双向地震动共同作用下,隧道间距、土-结接触面的摩擦系数、土-结相对刚度、输入的地震记录和竖向地震动相对强度对隧道地震响应的影响等,研究结果对隧道工程的抗震设计具有一定的参考价值。     

近场地震下竖向刚度不同的混合结构动力性能分析

近场地震的动力特性明显不同于远场地震,因此有必要对结构在近场地震作用下的动力性能展开研究。以上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的加层混合结构为研究对象,对其在近场脉冲型地震、近场无脉冲型地震及远场地震作用下的动力响应进行研究。结果表明:在多遇、设防、罕遇地震作用下,近场脉冲型地震会使结构的层间位移角、层间剪力、加速度等动力响应均放大并出现超限的情况,而且都比罕遇地震作用下结构的响应增大更明显;在进行近场区加层混合框架结构的设计和建设时,近场脉冲效应会使结构存在不满足规范的情况,有必要对竖向刚度不同的加层混合结构在近场区的适用性进行深入研究。     

基于抗震分析的长周期地震动的界定与选取

收集273条地震动信息并进行滤波处理,综合考虑地震动断层距、PGA、PGV/PGA及平均周期等地震动基本参数指标,对比其反应谱、傅里叶谱以及能量谱,归纳了近场脉冲、远场类谐和这2类特殊长周期地震动与近、远场普通地震动的界定标准;通过引入能量持时占比及地震动长周期分量能量占比等频谱参数,用于复核长周期地震动界定结果。结果表明:长周期地震动的反应谱衰减速率慢,在长周期段的谱值大于普通地震动;长周期地震动具有能量大且集中于低频区域的特点。     

近场脉冲地震下间隙式SMA-NSD摩擦支座简支桥梁隔震研究

隔震技术在提高多跨桥梁抗震性能方面已有广泛应用,然而传统隔震支座在近场脉冲地震动作用下容易产生残余位移较大、底部剪力水平较高、以及限位能力不足等问题。目前尝试解决上述问题主要有2个途径：一方面利用形状记忆合金(shape memory alloy, SMA)的隔震支座能有效控制峰值位移和残余位移,但同时会增加结构的内力响应;另一方面,利用负刚度(negative stiffness device, NSD)的隔震支座可以有效减小结构的内力响应,但可能会引起较大的残余位移。基于太平洋地震研究中心数据库提供的28条近场脉冲波,充分评估了间隙式SMA隔震支座和NSD隔震支座应用于多跨简支桥梁在四水准(小震、中震、大震和巨震)作用下的隔震性能。在此基础上,结合SMA与NSD各自的优点,提出一种间隙式SMA-NSD摩擦隔震支座并分析了其隔震性能。研究结果表明,该支座可显著降低NSD支座引起的残余变形并同时有效控制SMA支座引起的底部剪力。     

不同地震动作用下隔震结构减震影响分析

基于地震动加速度峰值和速度峰值比值（PGA／PGV）选用了13条不同频谱的地震波,对不同参数条件下多层基础隔震结构地震响应进行非线性时程分析,得到了不同地震动作用下隔震结构模型的地震反应。计算结果表明：随PGA／PGV增大,隔震结构减震率整体上呈增大趋势,但是PGA／PGV对减震率的影响程度还受结构自振周期,上部结构侧移刚度的影响,应综合考虑。     

基于性态的液化场地多跨桥梁桩基地震响应分析

针对液化场地多跨简支桩基桥梁体系,考虑地震随机性的不确定性和认知的不确定性,结合地震危险性曲线自身的不确定性,推导性态指标危险性曲线的解析表达式.利用地震动强度指标PGV/PGA,输入不同幅值的地震动,进行液化场地多跨桩基桥梁体系地震反应有限元分析.基于有限元数值分析结果,选取地震过程中关键位置位移和弯矩的最大值作为性...     

脉冲地震下简支梁桥倒塌过程及响应分析

为了模拟脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌过程，基于LS-DYNA平台建立了简支梁桥的三维有限元模型，并人工合成了不同脉冲幅值和脉冲周期的地震动，研究了脉冲幅值和脉冲周期对简支梁桥倒塌过程和地震响应的影响，总结了地震作用下简支梁桥的灾变过程。研究表明：脉冲幅值对简支梁桥的倒塌模式影响显著，脉冲幅值较小时桥墩发生倒塌，脉冲幅值较大则会导致梁体落梁；脉冲幅值对桥梁位移响应影响较小，对内力响应和碰撞效应影响较大，增大脉冲幅值会加重梁间的碰撞效应，从而消耗大量地震能量；位移响应随脉冲周期的增大而增大，梁间碰撞力则与之相反；桥梁开始出现损伤的时间点与脉冲周期的大小有关，脉冲周期越小，开始出现损伤的时间越靠近地震加速度峰值时刻；脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌表现为三个阶段：分别为正常运行阶段、损伤演变阶段和倒塌阶段。     

2022年四川泸定Ms6.8地震强震动特性研究

北京时间2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生M_s6.8级地震。国家强震动台网获得了133组三分量加速度记录,在对记录进行初步筛选和滤波后,研究了PGA和PGV衰减关系、竖向地震动特点、地震动速度脉冲,对比分析了反应谱和设计谱,着重对石棉挖角台站附近震害与地震动的相关性进行了分析,结论如下：1)三种台站强震动记录的PGA和PGV拟合曲线都比较相近,PGA、PGV拟合曲线与霍俊荣的预测模型较为接近;2)竖向地震动偏大,约38.2%的强震动记录V/H大于2/3,可能是屋顶塌落、柱子扭转和天花板坠落等震害现象出现的主要原因;3)识别出具有速度脉冲特性的记录11条,该类记录对长周期结构影响较大;4)所选记录反应谱大多超过了罕遇地震设计谱水平段,具有速度脉冲特性的051SMW台站周围房屋破坏较严重,人员伤亡较重。     

主塔类型对斜拉桥横向地震响应的影响

通常情况下斜拉桥的主梁与主塔横向自由度约束,因此,主塔横向地震响应通常为斜拉桥抗震设计中的控制工况。目前,对于斜拉桥主塔横向抗震性能的研究大多是针对某特定形状的主塔,不同塔型主塔抗震性能的区别还鲜有研究。本文基于某斜拉桥实际方案,建立不同塔型的斜拉桥仿真模型,对比分析了不同塔型斜拉桥的静力及动力特性,并探讨了不同类型地震动(远场FF、近场无脉冲NNF、近场有脉冲PNF)对于各种塔型斜拉桥地震响应的影响。分析表明:恒载下钻石型与花瓶型塔底的剪力与弯矩会显著大于其它塔型;横向地震作用下,各类型主塔的最大弯矩响应均出现在塔底,其中钻石型与花瓶型塔底的响应显著大于其他塔型。对于各种塔型,近场脉冲型地震动(PNF)均会导致(相较FF和NNF)更显著的主塔内力响应,且PNF导致的响应放大系数对于各种塔型均差不多(约为2倍)。塔身倾角的参数分析结果表明:随着上、下倾角逐渐减小(由95°减小至75°),地震下塔底弯矩均会逐渐增大约2倍。     

一种有效的地震动速度时程时域特性分析方法

在分析特殊型地震动如近场脉冲型地震动或远场类谐和地震动时,研究和设计人员更关注于地震动的时域特性.鉴于目前尚不具有一种成熟的用于分析地震动时域特性的方法,在研究中通常采用肉眼辨别地震动.但在肉眼辨别的过程中并没有定量的指标描述地震动的特性,因此这种方法容易引入人为的主观性误差.地震动的时域特性主要指地震动的振动周期和强度随时间的变化情况.如有一种定量描述这种变化的方法便能消除肉眼辨别中引入的主观性误差.为解决该问题,本文提出了一种简便、有效的分析地震动速度时程时域特性的速度零点法ZVPM(Zero Velocity Point Method).采用这种方法可以定量地分析地震动速度时程的振动周期和强弱程度随时间的变化情况,并可以通过定义的幅值参数、周期参数和相位参数获取等效的地震动速度时程.鉴于脉冲型地震动对结构具有特殊的破坏作用,本文采用速度零点法分析了24条典型的强脉冲型地震动,并基于速度零点法提出了一种简便的脉冲周期计算方法.为便于工程设计人员快速地获取本文所选脉冲型地震动的等效速度脉冲,文中给出了每一条地震动等效速度脉冲的数学表达式.     

SSI效应对大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的影响

基于大型有限元分析软件ANSYS,根据大跨高墩桥梁的结构特点,利用水平和转动弹簧单元建立了考虑土结相互作用的大跨高墩桥梁的有限元计算分析模型,并结合现行的《铁路工程抗震规范》,合理地选取强震记录作为地震动输入,进行了大跨高墩桥梁的弹塑性地震响应分析。分析结果表明:较软的土质条件会导致大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的增大;地基系数的比例系数则是影响数值计算结果增大的重要因素;土结构相互作用并没有改变地震动峰值加速度PGA对超高桥墩弹塑性地震响应的影响。研究结果可为大跨超高桥墩的抗震设计和验算提供参考。