考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素，又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据. 本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点，应用823条国内外水平向地震动记录（充分利用了我国取得的强震记录），给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型，研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响. 结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的，特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响；设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素，在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响；震级对强度折减系数的影响较小；如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响，震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.      

汶川地震动弹性和弹塑性反应谱分析

利用汶川地震获得的数字强震记录研究了汶川近场无速度脉冲、近场含速度脉冲和远场(盆地效应)地震动的弹性和弹塑性反应谱,后者包括等延性强度折减系数谱Rμ、等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR.与相同场地条件PEER近场无速度脉冲、集集近场含速度脉冲地震动的谱进行了比较.汶川近场含速度脉冲地震动的弹性反应谱在0.2～0.8s周期内明显偏小,而它的弹塑性反应谱在短周期段(0.1 ～0.4 s)与汶川近场无速度脉冲地震动谱差别不大,但等延性强度折减系数谱Ru要大于集集地震含速度脉冲地震动的谱,而等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR则小于集集地震动情况,此后随周期增长(至0.6 ～1.Os后)它们都逐渐过渡至与集集地震动的谱相当.汶川远场(盆地效应)地震动的弹性反应谱具有较宽并随周期缓慢增长的平台值和较长的特征周期,可达1.7s及以上.提出了远场(盆地效应)与近场地震动的弹性反应比谱和弹塑性位移比谱的概念.     

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。     

近场下桥梁结构的地震响应分析

提出采用宽频地震Kanai-Tajimi模型与速度脉冲He-Agrawal模型来模拟近场地震动,数值模拟验证了该近场地震模型的有效性。采用该模型定量分析了近场地震作用对桥梁结构地震响应的影响规律。近场地震动的脉冲持时是对结构产生破坏的一个重要因素,近场地震作用对桥梁结构的设计提出了更高的延性要求。     

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。     

弹塑性地震反应谱的长周期特性研究

在基于性能抗震设计中弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视。利用统计分析方法研究了等强度的延性需求谱和等延性的强度折减系数谱的长周期(至5 s)区段的特性,关注的重点是等位移准则和场地条件影响。给出了若干具有工程价值的结论:一是周期介于1.5Tg(地震动特征周期)和2.5 s之间的结构可近似认为等位移准则成立且与场地条件关系不大,这样确定的强度折减系数当位移延性系数小于等于4时结果将是偏于安全的;二是结构周期大于2.5 s后以硬土场地等延性强度折减系数谱或等强度延性需求谱代替软土场地谱求解系统强度需求或延性需求,将会得到偏于安全的结果。     

SSI效应对自复位结构体系延性需求谱的影响分析

为研究土-结构相互作用(soil-structure-interaction, SSI)对自复位结构体系延性需求谱的影响规律,建立了土-自复位结构的数值分析模型,其中上部结构采用旗帜形单自由度滞回系统模拟,并基于锥模型概念模拟土-基础动力相互作用。选取40条Ⅲ类场地远场地震动记录对SSI系统进行非线性时程分析,讨论了刚性地基结构的周期T、强度折减系数R、结构-土体刚度比a₀、结构高宽比s、屈服后刚度比α和耗能系数β对结构延性需求的影响规律。研究结果表明：忽略SSI效应会低估自复位结构的延性需求;对于考虑SSI效应的单自由度自复位结构,延性系数μ与R、a₀的相关性较强,且μ与R和a₀呈正相关,提高R或a₀会增大结构延性需求;延性系数μ与屈服后刚度比α、耗能系数β及结构高宽比s的相关性较弱,其中μ与α和β呈负相关,提高α或β会减小结构延性需求,且随着a₀的增大,α和β对延性需求谱的影响越大;当a₀=1时,s对延性需求谱基本无影响,而a₀取...     

考虑近场脉冲主余震地震动影响的结构延性系数特性研究

研究了近场脉冲主余震地震动的延性系数特性,通过修正随机组合构建方法构造了大量近场脉冲主余震地震动,然后通过标准化周期来降低延性系数的离散性,最后分析了平均延性系数特性和余震的影响。结果表明:采用标准化周期能显著降低延性系数的离散性,降低幅度最大可达60%,但随着余震强度的增大,标准化周期对延性系数离散性的影响逐渐减弱。在短周期段内,延性系数随着标准化周期的增大急剧减小,直至在标准化周期等于1.0附近达到最小值,采用标准化周期可以观察到近场脉冲主余震地震动的等位移现象。强余震对延性系数的影响可超过20%并达到30%,余震对非退化模型的影响大于退化模型。     

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。     

近场地震作用下多层RC框架的地震易损性分析

随着对近场地震动研究上的深入,将地震近场效应影响纳入到结构的抗震设计的考虑范畴,已成为工程中的必须。为此,文中对近场脉冲地震作用下的多层RC框架结构的抗震问题进行了研究。首先参考我国抗震规范设计出设防烈度为8度、水平地震影响系数最大值α_(max)增大系数分别取1、1.25、1.5、1.75的四榀多层RC框架结构办公楼,并在OpenSees软件中,对4榀框架在近场水平脉冲地震下的抗震性能,进行了基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析与评价。分析结果表明:按照我国现规范、不考虑地震动近场效应设计出来的多层RC框架结构,在近场地震下的抗倒塌性能存在明显的不足;随着地震影响系数最大值增大系数的加大,框架结构的抗震性能有明显的提高,在设防烈度8度区,规范中规定的地震动影响系数最大值的增大系数偏小,将增大系数调整至1.75时所设计框架,能更好地抵御地震动近场脉冲效应;另外,在震中距分别为5～10 km和0～5 km的近场地震作用下,多层RC框架结构的抗震性能无明显的区别,因而,地震影响系数最大值的取值,不必按震中距5～10 km和0～5 km进行区分。     

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。     

序列型地震作用下考虑损伤的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。本文研究主余震序列型地震作用下单自由度体系考虑损伤的强度折减系数谱。首先收集主余震实测记录并按中国抗震规范要求进行场地类别划分,对余震峰值进行调幅后进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、损伤指数、余震作用等因素对强度折减系数需求的影响。结果表明余震对强度折减系数的影响显著,考虑累积损伤的强度折减系数(R_D)是基于位移延性的强度折减系数(R_μ)的0.6至0.9倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了平均强度折减系数谱的简化公式。     

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。     

钢筋混凝土框架结构直接基于损伤性能的抗震设计方法研究

在现有抗震设计方法研究的基础上，提出了直接基于损伤性能的设计方法。首先，建立等效位移延性系数与结构损伤指标的关系，得到了反映不同设防水准损伤目标的结构等效位移延性系数；其次，运用R-μ关系模型，根据等效位移延性系数确定地震折减系数，从而计算出结构弹塑性地震作用；然后，建立结构的需求曲线与推覆曲线，对结构在强震作用下的性能进行评价；最后，通过算例说明了该方法的设计步骤及其可行性。     

近断层地震作用下多层RC框架火灾后抗震性能分析

为研究近断层地震动特性对火灾后多层RC框架抗震性能的影响,以火灾后某多层RC框架结构为研究对象,结合火灾后现场材料的检测与鉴定报告,开展了结构火灾前后在近场有脉冲和无脉冲地震作用下的结构动力弹塑性时程分析,对比分析了近场有脉冲和无脉冲地震动特性对火灾前后RC框架结构整体的抗震性能的影响。研究结果表明:火灾后,整体结构地震响应明显大于火灾前,火灾后结构底层层间位移角在脉冲型地震和无脉冲地震作用下分别达到火灾前的1.44和1.54倍;近场脉冲型地震作用下结构响应明显大于无脉冲地震,罕遇地震作用下,近场脉冲型地震工况下的底部层间位移角相较于无脉冲地震工况增加了96.0%,火灾后更是增加了118.0%。研究成果可为多层RC框架火灾后安全性评估和加固设计提供参考。     

基于强度和延性的残余位移比谱及其影响因素分析

结构震后残余位移是抗震性能评估和地震损失评估的重要参数。文中针对理想弹塑性单自由度体系,采用与残余位移相关性最好的归一化参数定义残余位移比,通过动力时程分析建立统计平均的等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱,研究场地条件、延性系数及强度折减系数对等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱的影响,通过回归分析构建了等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱的预测方程。结果表明:残余位移与弹塑性谱位移的相关性较大,与弹性谱位移的相关性较小;软土场地下结构残余位移的评估需考虑场地条件的影响;残余位移比离散性受延性系数和强度折减系数影响显著。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

近断层区域减隔震铁路桥梁地震动强度指标选取研究

为选取适用于近断层区域减隔震铁路桥梁的地震动强度指标,完善近断层区域减隔震桥梁基于性能抗震设计方法,从NGA-West2数据库中选取了236条近断层脉冲地震记录作为输入地震激励,采用单自由度Bouc-Wen非线性模型模拟减隔震桥梁力学特性,应用MATLAB编制计算程序,对强度折减系数R=1~8,初始周期在0.5~3 s范围内的Bouc-Wen单自由度模型进行了非线性时程分析。然后选用位移响应峰值结果作为地震工程需求参数,基于相关性、可行性、有效性三项评判准则评价了25个地震动强度指标的合理性。研究结果表明:近断层区域,短周期(0.5~1 s)减隔震桥梁选用有效峰值速度EPV进行抗震分析和评估较为合理;中等周期(1~2 s)减隔震桥梁宜选用Fajfar指标IF;有效峰值位移EPD可作为长周期(2~3 s)减隔震桥梁抗震分析和评估推荐指标;在全部周期(0.5~3 s)范围内,峰值速度PGV均适用。     

基于公路工程规范地震需求谱研究

从解决桥梁结构的实际问题出发,根据桥梁结构的抗震能力及计力法的需要,由于强度折减系数R与延性系数μ的关系建立弹塑性反应谱的原理,建立了基于《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)给出的弹性反应谱的非弹性地震需求谱,为桥梁结构抗震性能评价的研究提供参考意见。     

抗震设计中的结构影响系数及其研究进展

强震作用下结构要进入弹塑性,其底部剪力明显低于弹性反应。现代抗震设计引入结构影响系数对设防烈度下的弹性反应谱进行折减得出结构的设计地震作用后按弹性分析结构的内力。本文首先介绍了结构影响系数的定义及其主要影响因素,然后给出了国外在分析方法、延性性能、超强性能、地震地面运动及其它因素对其影响的研究现状,接着给出了国内在这方面所做的工作,最后指出国内在这方面研究的差距并提出了建议。