工程场地地震安评中加速度反应谱标准化问题的讨论

文中计算了不同地震输入模式下的拱桥地震反应,讨论了输入指定地震波进行时域计算结果和按对应的反应谱进行计算所得结果之间的差异,特别分析了分别按地震波的实际反应谱和经过标定的反应谱计算得到的拱桥地震反应之间的不同.数值结果表明:在工程场地地震安全性评价中,采用标准反应谱的方式所提供的场地地震加速度参数,将会抹杀土层场地动力特性对地表地震动的影响.因此,按此地震动参数进行结构反应计算时,有时会低估结构的地震反应,留下结构抗震不安全的隐患.     

地震动的小波分析技术在高层结构抗震设计中的应用研究

利用具有良好时频局部化性质的小波基函数时频分析真实地震动,提出一种可行的基于小波分析法调整地震动的方法。实际地震波(El Centro波和TH2TG055波)经过调幅、小波变换和标准反应谱拟合得到调整后的地震波,将其输入到拟建结构模型中进行地震反应分析,对比层间剪力、层间位移及层间位移角等几方面的计算结果,表明选取小波分析后的地震波作为结构时程分析输入能够得到比较准确的数值,满足结构抗震设计的需要,在工程应用方面具有一定的应用参考价值。     

用人工地震波研究三峡地区地面地震动衰减特征

利用长江三峡工程坝区及外围深部构造的人工地震波记录资料,进行了相对速度幅值、速度反应谱和加速度反应谱衰减特征分析,同时利用历史地震资料经转换命同的地震动衰减规律进行对比,反映出由人工地震记录地震动参数衰减特征与由历史资料转换确定的地震动衰减特征是有差异的,在不同地质条件的局部地区,这一差异更为明显,这些结果中为缺乏强震记录的地区的地震动估计提供参考。     

青海玛多M7.4地震中剪力墙结构抗震性能初步分析

本文选取2021年5月22日青海玛多县发生的M7.4地震的大武地震台实测加速度及课题组用经验格林函数法模拟的野马滩大桥处的加速度,并将二者的绝对加速度反应谱与中国地震动参数区划图(GB18306—2015)给出的“双参调整”设计反应谱进行对比分析,得到地震波观测值和模拟值对当地抗震设防结构的影响程度应视结构形式而定.然后将两条地震波分别输入到某11层剪力墙结构,用PKPM的SATWE模块进行多遇地震、设防地震下的线弹性分析,并用PUSH模块进行罕遇地震下的静力弹塑性分析.该剪力墙结构在两地区不同地震波作用时,均达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标,其抗震性能目标达到C级.结论可为房屋建筑的抗震设防及震后应急响应提供很重要的参考.     

土层时域分析中黏滞阻尼形式的比较

时域分析中采用粘滞阻尼反映小应变条件下土的阻尼特性,瑞雷阻尼则是常用的黏滞阻尼形式。本文基于有限差分方法,构建一组数值计算模型,以实际地震记录作为输入,以不同的土层条件作为分析对象,采用加速度、位移和反应谱指标评价了瑞雷阻尼形式对土层地震反应的影响,并将不同阻尼形式下的计算结果与响嘡台阵真实记录进行了对比分析。计算结果表明:阻尼形式对加速度反应和反应谱的影响显著,对位移反应影响有限,但位移幅值沿土层高度的变化规律较复杂;不同阻尼形式时反应谱短周期段的谱值差别明显,而对反应谱长周期段谱值影响有限;高频地震动激励,深软土层中不同阻尼形式的计算结果离散性大;在确定阻尼形式时要综和考虑土层特征和地震动频谱特性,只考虑土层卓越频率的阻尼形式会低估土层地震反应。对于长周期地震动输入,本文建议目标频率取土层第3阶频率,对于高频地震动,目标频率可取为反应谱峰值对应频率。     

广东省高层建筑抗震设计用地震动功率谱

近年来,为充分反映地震动随机特性对建筑结构的影响,采用真正意义的随机振动分析方法进行建筑结构地震作用计算的需求越来越迫切.为保证随机振动分析方法与传统振型分解反应谱法具有一致的输入条件,需要获取与规范反应谱完全等价的地震动功率谱.基于新修订的广东省《高层建筑混凝土结构技术规程(送审稿)》(DBJ 15-92-2020),迭代计算获得与该规范反应谱完全等价的地震动功率谱,并采用函数拟合技术获得等价地震动功率谱的拟合公式.此外,文中还讨论了不同功率谱初始形式以及不同结构阻尼比对等价地震动功率谱的影响.     

基于分解方法的脉冲型地震动非弹性反应谱分析

本文旨在分析脉冲型地震动中不同频率的地震动分量对于原始地震动幅值及其非弹性反应谱的影响.首先以近期12次大地震的53条典型脉冲型地震动为数据基础,基于多尺度分解方法获取脉冲型地震动中的高频分量和低频分量.为与传统方法对比,本文获取了能够表征地震动脉冲特性的卓越分量及滤除卓越分量的剩余分量.然后对比分析原始地震动和4种地震动分量的幅值特征和非弹性反应谱的特性,以讨论地震动分量对原始地震动幅值参数及其非弹性反应谱的影响.最后结合简谐地震动模型和地震动分量的性质,讨论脉冲型地震动非弹性反应谱诸多特征的产生原因.分析发现,低频分量不仅是控制脉冲型地震动速度和位移幅值的主要因素,其对原始地震动的加速度幅值也具有不可忽略的影响.低频分量也是导致脉冲型地震动非弹性位移比谱偏大以及强度折减系数谱偏小的直接原因,从而造成结构在脉冲型地震动作用下需要具有更大的非弹性位移以及更高的强度需求.     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

平台地形对地震地面运动特征周期值的影响

本文人工合成了36条代表不同频谱特性的地震动,构造了简单的平台地形,并利用人工合成地震动作为平台地形计算输入地震波,获得了地表观测点的时程和反应谱.在此基础上,分析了具有不同高度、侧向坡降和介质阻尼等的平台地形对地震动特征周期值的影响.研究的结果表明:当平台高度与入射地震波优势波长相比较小时,平台的高度、侧向坡降、阻尼比等对地震动特征周期值的影响不大,此时单个平台地形地表地震动的特征周期主要依赖于入射地震动的特征周期,而且一般比入射地震动的特征周期略有增大;当平台高度与入射地震波优势波长相比较大时,平台高度对地表地震动特征周期影响较大.     

地震动持时对工程结构地震反应影响研究进展

地震动工程特性由幅值、频谱与持时三大要素决定，三个要素共同决定了地震动对工程结构破坏作用，工程结构抗震设计与评估等应全面考虑三个要素综合影响。目前来看：关于幅值及频谱的研究成果已广泛应用于各类工程抗震设计与评估，但关于地震动持时这一要素，国内外至今尚无明确的考虑方式和相应设计与评估技术，或考虑相对笼统。部分规范仅在结构地震反应时程分析方面做出了简单规定，尤其是用于确定地震荷载的抗震设计谱，几乎没有反映地震动持时对结构的影响，这远远不能满足性态及韧性等先进抗震方法对地震动作用的迫切需求。因此，关于地震动持时特性及其对工程结构地震反应影响的研究，近期成为一个热门研究课题。本文主要回顾和评述了地震动持时对工程结构地震影响的研究进展，并根据国内外研究现状对地震动持时研究进行了展望，可供分析地震动工程特性及其对结构的影响参考。     

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。     

长短周期地震波作用下钢框架结构的响应特性对比分析

作为一种特殊的地震动,长周期地震动对结构的危害已引起国内外学者的关注。选取10条KiK-net、K-NET台网中典型的长周期地震动,以及10条国内外的短周期地震动,对比分析两者时程特征和反应谱特征的差异。将所选长、短周期地震动输入钢框架结构模型;通过非线性时程分析,研究钢框架结构在长、短周期地震动作用下的响应差异。结果表明：短周期地震动的平均地面峰值加速度是长周期地震动的3.26倍,而平均地面峰值位移比长周期地震动低10.89%;短周期地震动作用下,钢框架结构顶点加速度响应平均值是长周期地震动的5.16倍,结构顶点位移响应平均值仅比长周期地震动多0.91%;长周期地震动作用下,钢框架结构层间位移角响应较大,结构底部受影响范围更广。对于长周期地震动隐患地区的高层钢框架结构,应对长、短周期震害分别进行考虑;对于中、长周期钢框架结构,建议选用峰值位移作为抗震分析指标。     

唐山地区强震动记录的应用研究初探

本文给出了唐山地区强震动记录应用研究的两个实例,提出了建筑结构采用时程分析时选用强震动记录的原则和方法,通过对唐山地区强震动记录的分析处理,得到了其峰值加速度及加速度反应谱,确定了本地区进行弹性时程分析时选用的强震动记录;研究了局部场地条件对地震动影响的唐山响堂三维强震动观测台阵,以唐山响堂台阵2号测井(地下32m)的基岩强震动作为输入,通过2号测井的土层剖面,利用2个一维土层地震反应分析程序,分别计算得到地表的峰值加速度和加速度反应谱,并把计算结果与同次地震相应的地表强震动记录峰值加速度与加速度反应谱进行了对比分析。     

双向地震动作用的拟等延性系数谱

首先建立了以强度折减系数表述的恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统(它在2个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度)在双向地震动作用下的归一化运动方程。然后引入单向地震动作用下等延性系数的强度折减系数谱,给出了双向地震动作用的拟等延性系数谱(定义为系统分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比)最后通过硬土场地10组双向地震动记录拟等延性系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、位移延性系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响。结果表明,双向地震动作用与单向地震动作用相比主要增加结构较长周期方向的最大位移反应。若在基于位移的抗震设计中降低结构较短周期方向的设计位移延性系数,可在一定程度上降低双向地震动的不利影响。因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大。     

深厚软土场地基岩地震动反演——以天津波为例

根据天津波地表加速度记录和相应实测场地钻孔资料,采用等效线性化方法模拟土体非线性,进行了深厚软土场地基岩地震动反演,研究了频率截断对深厚软土场地基岩地震动反演的影响,为天津波地表加速度记录提供了相应的基岩地震动输入。研究表明:不同截断频率情况下,反演得到的基岩地震动峰值和反应谱曲线形状均相差悬殊,但反演后再正演所得到的地面运动与原地表记录相比,加速度时程曲线形状和峰值大小、反应谱曲线形状和峰值大小均非常接近;可根据工程需要对地表加速度记录进行不同频率的截断,反演得到所需强度的基岩地震动。     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

Study on the effect of ground motion direction on the response of engineering structure

Due to the randomness of earthquake wave magnitude and direction, and the uncertain direction of strong axis and weak axis in the construction of engineering structures, the effect of the direction of ground motion on a structure are studied herein. Ground motion records usually contain three vertical ground motion data, which are obtained by sensors arranged in accordance with the EW(East-West) direction, NS(South- North) direction and perpendicular to the surface(z) direction, referring to the construction standard of seismic stations. The seismic records in the EW and NS directions are converted to Cartesian coordinates in accordance with the rotation of θ = 0°-180°, and consequently, a countless group of new ground motion time histories are obtained. Then, the characteristics of the ground motion time history and response spectrum of each group were studied, resulting in the following observations:(1) the peak and phase of ground motion are changed with the rotation of direction θ, so that the direction θ of the maximum peak ground motion can be determined;(2) response spectrum values of each group of ground motions change along with the direction θ, and their peak, predominant period and declining curve are also different as the changes occur; then, the angle θ in the direction of the maximum peak value or the widest predominant period can be determined; and(3) the seismic response of structures with different directions of ground motion inputs has been analyzed under the same earthquake record, and the results show the difference. For some ground motion records, such as the Taft seismic wave, these differences are significant. Next, the Lushan middle school gymnasium structure was analyzed and the calculation was checked using the proposed method, where the internal force of the upper space truss varied from 25% to 28%. The research results presented herein can be used for reference in choosing the ground motion when checking the actual damage to structures following earthquakes and explaining the seismic damage. Meanwhile, it also provides a reference value for research into the most severe ground motion.     

A new approach of selecting real input ground motions for seismic design: The most unfavourable real seismic design ground motions

This paper presents a new way of selecting real input ground motions for seismic design and analysis of structures based on a comprehensive method for estimating the damage potential of ground motions, which takes into consideration of various ground motion parameters and structural seismic damage criteria in terms of strength, deformation, hysteretic energy and dual damage of Park & Ang damage index. The proposed comprehensive method fully involves the effects of the intensity, frequency content and duration of ground motions and the dynamic characteristics of structures. Then, the concept of the most unfavourable real seismic design ground motion is introduced. Based on the concept, the most unfavourable real seismic design ground motions for rock, stiff soil, medium soil and soft soil site conditions are selected in terms of three typical period ranges of structures. The selected real strong motion records are suitable for seismic analysis of important structures whose failure or collapse will be avoided at a higher level of confidence during the strong earthquake, as they can cause the greatest damage to structures and thereby result in the highest damage potential from an extended real ground motion database for a given site. In addition, this paper also presents the real input design ground motions with medium damage potential, which can be used for the seismic analysis of structures located at the area with low and moderate seismicity. The most unfavourable real seismic design ground motions are verified by analysing the seismic response of structures. It is concluded that the most unfavourable real seismic design ground motion approach can select the real ground motions that can result in the highest damage potential for a given structure and site condition, and the real ground motions can be mainly used for structures whose failure or collapse will be avoided at a higher level of confidence during the strong earthquake. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

软土隧道基于地震响应的输入地震动排序

为探讨“最不利地震动”概念在地下结构抗震设计中的适用性,以软土地铁区间隧道为对象建立相应的地层-结构动力分析模型。以直径变形率为分析指标,基于动力时程方法研究18条不同输入地震动作用下隧道结构动力响应的分布及差异性,得出基于隧道地震响应的输入地震动排序,并通过调幅手段对比分析了地面峰值加速度（PGA）和隧道埋深变化对隧道结构地震动响应排序的影响规律。最后,评价了不同输入地震动参数,包括峰值加速度、峰值速度、峰值位移、绝对累积速度（CAV）和阿里亚斯（Arias）强度（I_A）与隧道地震响应之间的相关性。分析结果表明:① 随着PGA从0.5 m/s2增加到2 m/s2,地震动排序发生明显变化,并且不同输入地震动引起的隧道地震响应差异显著提高,最不利地震动引起的直径变形率与平均值的比值从1.1增加到1.9;② 隧道从浅埋到深埋的过程中,地震动排序结果基本保持不变;③ PGA为2 m/s2时,隧道地震响应与基岩面峰值速度（PBV）的相关性最好,相关系数达到0.94,其次是与基岩面峰值位移（PBD）和I_A,相关系数分别为0.62和0.48,相关性最差的是基岩面峰值加速度（PBA）和CAV,相关系数仅为0.37和0.22。研究结论可为今后软土隧道的输入地震动选择提供科学依据。      

一种深厚覆盖层场地地震动参数的确定方法

基于欧美规范确定了坐落在深厚覆盖层上KH抽水蓄能电站上、下库场地基本运行和最大设计地震动峰值加速度、反应谱和时程等动参数。首先依据场地区域地震烈度区划图、特征周期区划图和依据场地地质地震条件选取的5条种子实测地震动确定场地基岩输入加速度时程、峰值加速度和设计反应谱,进而基于各土层地质参数和一维弹性波传播模拟程序确定覆盖层表面的平均峰值加速度、平均反应谱和5条地震动时程,对所得到的平均反应谱和峰值加速度进行光滑处理后确定可用于各建筑物结构抗震设计的地震动参数,包括覆盖层表面水平向动力响应加速度时程、峰值加速度和设计反应谱。该方法可较好地保留输入地震动的真实动力特性,如持时、相位和频率等,为我国规范中建议的确定场地地震动参数的方法提供有益的补充。