远场地震动长周期特性对基础隔震结构地震响应影响研究

与普通强地震动相比,长周期地震动的低频分量丰富,对长周期结构影响显著。隔震结构作为一类具有较长自振周期的结构,其在长周期地震动作用下的动力行为值得研究。选取远场长周期地震记录和远场普通地震记录作为外部激励,以某基础隔震结构作为研究对象,研究了远场地震记录的长周期特性,及其对隔震层和上部结构地震响应的影响。研究结果表明:远场地震动长周期特性对结构地震响应的影响显著,远场长周期地震记录下结构的地震响应明显大于远场普通地震记录,在隔震结构设计中应考虑其不利影响;地震动功率谱与结构地震响应之间存在明显联系,应进行深入研究。研究结果可为长周期地震动作用下隔震结构的抗震设计提供参考。     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

三维远场长周期地震下考虑SSI层间隔震结构地震响应分析

实际地震具有多维特性,只考虑水平向作用往往不够真实全面,而且远场长周期地震动不同于普通地震动,具有周期长、持时长、低频成份丰富等特征,对周期较大的隔震类结构会产生不利影响,在考虑SSI效应(soil-structure interaction, SSI)中尤为复杂,需深入探讨。基于此,建立大底盘层间隔震结构,在三维地震动激励下,探讨普通地震与远场长周期地震对层间隔震结构的不同影响,并分析考虑SSI效应对结构的不同程度影响。结果表明：三维地震下,远场长周期对层间隔震结构产生的地震响应远大于普通地震;考虑SSI效应时,随着土体变软,结构响应增大;针对传统水平隔震支座,在三维远场长周期地震下出现层间位移角和支座位移超限问题,设置三维隔震支座,解决了超限问题,分析结果表明其隔减震效果明显优于传统水平隔震支座。     

考虑SSI效应的层间隔震结构在三维地震下的响应研究

为探讨三维地震下层间隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)时的地震响应,建立了考虑SSI效应的层间隔震结构模型,分别输入一维、二维、三维地震动,比较层间隔震结构在不同维度地震波输入工况下的地震响应。针对三维地震动输入下隔震支座拉压应力超限问题,添加三维隔震装置,并与传统水平隔震结构地震响应结果进行对比分析。结果表明:三维地震动输入下的结构地震响应大于一维和二维;加入三维隔震支座后,竖向地震动被有效隔离,结构地震响应减小,优化了支座受力,支座拉压破坏问题得以解决,地基土体应力小于设置传统水平隔震支座下的土体应力,对地基和基础设计有利。     

基于小波变换的结构地震响应与能量计算分析

多分辨分析可将地震信号分解到不同的频段。本文推导了运用多分辨分析计算多自由度体系地震响应的基本公式,讨论了各频段地震信号及结构响应的能量分配。最后,通过多自由度体系的算例验证了弹性体系在原始地震作用下的动力响应可以由该地震作用在时域的各小波分量的动力响应叠加而得,同时将高频抑制后的重构信号应用于近似模型的计算,并利用能量分析明确了地震信号与结构响应在各频段的能量分配。     

近断层双向水平地震作用下隔震结构地震反应

近断层地震动脉冲特性在2个水平分量上具有差异,采用平方和开方法分析了近断层脉冲地震动双向地震作用下基础隔震结构和组合隔震结构的隔震层位移,并与近断层脉冲单向地震作用进行了对比分析,结果表明:若仅地震动加速度峰值大的分量或2个方向分量均存在明显速度脉冲,则产生的隔震层位移大于单向地震动;若仅地震动加速度峰值小的分量存在明...     

近断层地震作用下设备-结构耦合隔震体系动力响应分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层脉冲型和非脉冲型地震波各50条,计算耦合隔震体系的动力响应。分析表明,近断层脉冲型地震动对耦合隔震体系的影响大于非脉冲型地震动,且对主体结构的影响大于对设备的影响;近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移、层间位移、楼层加速度、设备加速度和设备位移的平均响应分别达到非脉冲型地震作用的2.25倍、2.17倍、2.24倍、1.17倍和1.20倍。进行设备-结构耦合隔震体系设计时,需考虑近断层地震动脉冲作用的影响,同时需注意引起主体结构和设备最大响应的地震动不一定相同。     

近断层地震动对层间隔震结构动力响应影响分析

近断层地震动有着与常规地震不同的特性,对隔震结构的影响是不可忽略的。对一栋8层钢筋混凝土框架结构输入138条近断层地震记录,计算了隔震层设置在1层、4层、7层时的层间隔震结构动力响应,分析了近断层地震动特征参数与不同层间隔震结构动力响应之间的相关性,比选出与不同层间隔震结构动力响应相关性强,且能表征地震破坏作用的地震动参数,为层间隔震结构设计选用近断层地震动提供参考。     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

地震动速度脉冲对巨型结构体系地震响应影响研究

以巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系为研究对象,选择4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,采用数值分析方法分别计算在有、无速度脉冲的地震动激励下三种结构体系的地震响应,探讨地震动的速度脉冲对巨型结构体系在不同控制策略下地震响应的影响。研究结果表明:三种结构体系在速度脉冲型地震动作用下的地震响应大部分要大于无速度脉冲型的地震响应,近断层地震动的速度脉冲对巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系的地震响应均有一定的不利影响。智能隔震体系对速度脉冲地震动较为敏感,但能有效地减小隔震层位移。     

基于离散谐小波变换的地震波时变谱估计及非平稳地震波人工合成

采用在频域内具有极好紧支性和盒形特性的谐小波作为母小波,推导了基于离散谐小波变换的地震波时变谱,并给出了不同尺度下能量随时间变化的包络函数的近似解析表达式．文中以Northridge地震波为例分析了时频分布特征．研究发现,对于自振频率为f的结构,其地震反应与输入地震波的时变谱在f 处的时域最大值（即）以及地震波在f 频率点附近的信号分量在时域内的能量集中程度有很大的关系;与db4波基相比,利用谐小波作为母小波的小波变换,其频域具有较好的分辨率,但时域分辨率却较差．最后提出了两种基于离散谐小波逆变换的人工非平稳地震波仿真方法．      

几条地震波的归一化时-频反应谱分析

时-频反应谱是地震动幅值、频谱和持时三要素构成的空间三维谱.基于此,本文提出归一化时-频反应谱定义与计算方法,计算三条典型地震波的归一化时-频反应谱,对比分析表明:不同地震记录的时-频反应谱的幅值在时间和周期两个轴上的分布差别很大,具有不同时-频反应谱的地震波可能对结构地震响应产生不同影响;对12层钢筋混凝土框架结构模型进行弹塑性时程分析,通过结构地震反应、结构损伤曲线与输入地震动的归一化时-频反应谱对比,发现结构最大反应并不一定是造成结构倒塌的直接原因,用结构弹性阶段反应最大值进行抗震设计存在一定局限性,从而证明归一化时-频反应谱可有效用来分析地震动特性和结构破坏机理.     

膜型网壳结构抗震性能研究

本文采用子空间迭代法分析了单层膜型网壳结构的自振特性;推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制相应的计算程序,用振型分解反应谱法与时程法进行了结构地震响应特性分析。研究表明:膜型网壳结构的抗震性能比较好;用反应谱法分析时,水平地震作用下截断振型取15、竖向地震作用下取60可满足工程设计要求;用反应谱法计算结构竖向地震响应是安全可靠的,但进行水平地震响应分析时,最终还需用时程法进行验算。     

汶川地震近断层地震动作用下 结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响. 从汶川M_S8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录, 根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整, 使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致, 以此作为结构地震反应分析的地震动输入. 选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构, 建立有限元分析模型, 分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布. 研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异, 且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言, 非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大. 随着结构自振周期的增加, 高阶振型的影响更加明显. 与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大. 速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型, 产生较大的层间位移反应. 非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此, 在开展近断层结构地震影响评价时, 应考虑近断层速度脉冲的影响.      

汶川地区震后钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究

以汶川地震为研究背景,针对震后典型钢筋混凝土框架结构进行地震易损性研究。基于Cornell理论框架结合汶川地质资料,拟合出考虑场地特点的地震危险性模型,同时定义损伤水平状态及限值指标,以概率解析易损性研究方法为基础,运用考虑地震动参数的解析易损性评估方法绘制汶川地区钢筋混凝土框架建筑的地震易损性曲线。研究结果表明:考虑地震动参数的概率解析易损性研究方法是一种有效的地震易损性评估方法;以PGA作为地震强度输入指标的结构反应,随自振周期的增大体系最大响应的相关性降低,结构各个损伤状态的失效概率均随之增大。     

基于小波方法的多自由度体系地震动输入能量研究

对多自由度体系应用小波分解的地震激励,将地震动总输入能量表示为不同频段地震动输入能量的叠加.与单自由度体系相比,多自由度体系应用小波分解会产生较大的误差,这并不影响研究小波分解后各频段对单一固有振型输入能量的贡献.这样可以从频率的角度分析多自由度体系的地震动输入能量.     

Estimate of input energy for elasto‐plastic SDOF systems during earthquakes based on discrete wavelet coefficients

The response of an elasto‐plastic single degree of freedom (SDOF) system to ground motion is estimated based on wavelet coefficients calculated by discrete wavelet transform. Wavelet coefficients represent both the time and frequency characteristics of input ground motion, and thus can be considered to be directly related to the dynamic response of a non‐linear system. This relationship between the energy input into an elastic SDOF system and wavelet coefficients is derived based on the assumption that wavelets deliver energy to the structure instantaneously and the quantity of energy is constant regardless of yielding. These assumptions are shown to be valid when the natural period of the system is in the predominant period range of the wavelet, the most common scenario for real structures, through dynamic response analysis of a single wavelet. The wavelet‐based estimation of elastic and plastic energy transferred by earthquake ground motion is thus shown to be in good agreement with the dynamic response analysis when the natural period is in the predominant range of the input. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic response reduction analysis of large chassis base-isolated structure under long-period ground motions

Long-period structures(e.g. Isolated structures) tend to produce pseudo-resonance with low frequency components of long-period ground motions, resulting in the increase in damage. Stiffness mutation occurs due to the setback in the upper body of the large chassis structure. In the parts with stiffness mutation, the torsion effect caused by the tower is far greater than that of the chassis itself. In this study, a total of 273 ground motions are collected and then filtered into four types, including the near-field ordinary, near-field pulse, far-field ordinary, and farfield harmonic. An 8-degree(0.2 g) fortified large chassis base-isolated structure is established. Furthermore,ETABS program software is used to conduct nonlinear time history analysis on the isolation and seismic model under bi-directional earthquake ground motions. The comparison results show that the seismic isolation effect of the base-isolated structure under long-period ground motions is worse than that associated with ordinary ground motions when the seismic response reduction rate of the large base floor significantly decreases compared with that of the tower. When the inter-story displacement angle and the displacement of isolation layer of the chassis exceeds the limit of Code for Seismic Design of Buildings(GB 50011-2010), it is recommended to adopt composite seismic isolation technology or add limit devices. Under the condition of long-period ground motions, the baseisolated structure reduces the lateral-torsional coupling effect of the large chassis structure, while the torsion response of large chassis' top layer increases. Under long-period ground motions with the same acceleration peak,the response of the base-isolated structure increases much more than that of the seismic structure and the consideration of this impact is suggested to be added to the Code.     

Application of wavelets to analysis and simulation of earthquake motions

A method of applying wavelet transform to earthquake motion analysis is developed from the viewpoint of energy input structures, in which relationships between wavelet coefficients and energy input, namely energy principles in wavelet analysis are derived. By using the principles, time–frequency characteristics of the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake ground motions are analysed and time histories of energy input for various ranges of frequencies and epicentral distances are identified. Furthermore, a technique to simulate earthquake ground accelerations by wavelet inverse transform is developed on the condition that target time-frequency characteristics are specified. Structural responses to the simulated accelerations are compared with the target time–frequency characteristics, which shows satisfactory correlations between wavelet coefficients and energy responses in both time and frequency domains. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.