近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构的减震效果分析

近场地震动具有很高的加速度峰值和长周期的速度脉冲,因此能够对结构造成严重的破坏.基础隔震是一种有效的减震技术,然而这种单一的减震手段在低频具有很高能量的近场脉冲型地震动作用下已不能确保结构的安全,必须寻求新的减震策略.本文将速度脉冲模型与随机地震地面运动模型联合来生成近场脉冲型地震动,并以此作为激励,用MATLAB对近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构及独立基础隔震结构的地震响应进行求解,比较研究该混合控制结构的减震效果.结果表明该混合控制方式可以有效地控制结构的位移,而对加速度的控制效果不明显.     

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。     

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。     

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。     

基于分离式近场地基模型的土-曲线梁桥非一致地震反应分析方法研究

进行土-曲线桥梁结构整体动力分析数值模型的计算通常较为困难,需要减少计算规模。推导了基于大质量法的自由场一维化时域简化算法,根据波在介质中的传播规律求解自由波场的位移扩展解,结合行波效应和合成空间多点相关地震动时程方法,分离出包含桥梁基础部分的地基,将地震动转化为作用在分离地基人工边界上的等效荷载,提出了一种分离式近场地基模型,并与扩展模型比较验证模型的精度。以一座小半径曲线梁桥为例,基于分离式近场地基模型对空间非一致地震动场进行了模拟,研究了考虑土-结构相互作用和空间变化地震动作用下的曲线梁桥抗震性能,与p-y曲线模型、固定基底模型进行对比,比较了3种模型在不同地震动作用下的地震响应幅值。研究表明:分离式近场地基模型能够同时考虑行波效应、相干效应和土-结构的动力相互作用,减少了模型单元数量,保证精度的同时提高了计算效率。通过研究不同视波速、不同相干性及不同场地条件对曲线梁桥结构地震反应的影响,获得曲线梁桥结构各构件内力反应值的范围,地震动空间变化对主梁弯矩和主梁扭矩产生显著的影响,场地效应对墩底弯矩有较大的影响。     

随机有限断层法模拟中强地震近场强震动的参数影响研究

介绍了模拟地震动时程的随机有限断层法及近年来对该方法的改进,改进后的随机有限断层法适合模拟中强地震;比较了不同场地方位角的中强地震近场地震动时程与平均伪加速度反应谱(PSA);定量分析了中强地震近场地震动模拟结果的参数敏感性. 结果表明:不同场地方位角的中强地震近场PSA在短周期部分差别较大;应力降是模型中最重要的参数,其对反应谱短周期部分影响最大;几何扩散系数对PSA的整体影响也较为明显. 将随机有限断层法应用到工程安全性评价工作中时,应当重点关注对反应谱短周期部分影响较大的应力降和该区域的几何扩散系数,同时要调查该区域优势场地方位角的分布,更加合理地控制中强地震近场强震动的模拟.      

钢筋混凝土结构在近场脉冲型地震作用下的试验分析

选择了集集地震中三条含有大脉冲的脉冲型近场地震记录，并截取其加速度峰值所在的脉冲及相邻两个脉冲部分形成新的记录，将其作为地震输入，对两个完全相同的钢筋混凝土模型进行振动台台模拟试验，对试验结果进行了分析，比较两个模型的宏观破坏、模态、顶层位移，得出近场脉冲型地震动会引起钢筋混凝土结构严重的破坏，截取的主震脉冲时程对结构的影响效应在一定程度上完全可以等同于整幅地震动时程。     

随机有限断层法模拟中强地震近场地震动的研究及应用

核工程是对地震安全性要求极高的工程,在其工程场地地震危险性评价工作中,弥散地震地震动估计往往对厂址设计基准地震动具有关键性影响。然而,弥散地震不是由特定构造引起的,因此,评定其地震影响时会遇到较大困难。常规方法是采用适当的衰减关系来计算工程场地震级5.0和5.5的弥散地震在距离厂址5 km处的地震动参数。本文针对核电厂地震危险性评价需求,探讨弥散地震评价的新方法,即通过随机有限断层法来模拟中强地震近场地震动参数。通过参数敏感性分析技术筛选了对拟合结果有决定性影响的关键模型参数;研究并改善了有限断层模型拟合中强地震模型应力降参数的方法,并基于多个国家和地区中强地震近场加速度记录估算了应力降参数值;此外,通过建立中强地震类属模型来模拟特定震级-距离的地震动,从而对经验统计方法进行补充和验证。(1)详细研究了模拟地震动时程的随机有限断层法以及近年来对该方法的改进,改进后的随机有限断层法适合模拟中强地震。(2)对随机有限断层法模拟中强地震近场强震动的参数影响情况进行了分析。将随机有限断层法应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性。为此,本文首先比较了不同场地方位角中强地震近场地震动的时程和平均拟加速度反应谱(PSA),并定量分析了模型主要参数对中强地震近场地震动模拟结果的参数敏感性。结果表明:不同场地方位角的中强地震近场PSA在短周期部分差别较大;应力降是模型最重要的参数,它对反应谱短周期部分影响最大;几何扩散系数对PSA的整体影响也较为明显。将随机有限断层方法应用到工程安全性评价工作时,应当重点关注对反应谱短周期部分影响较大的应力降和该区域的几何扩散系数,同时要调查该区域优势场地方位角的分布,从而更合理地控制中强地震近场强震动的模拟。(3)开展了中强地震模型应力降参数值的估算。基于美国小头骨山(Little Skull Mountain)MW5.6地震两个近场台站记录的地震动模拟,详细研究并改善了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动拟加速度反应谱(PSA)来确定应力降参数值的方法。结果表明:采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合。基于该方法并根据美国西部、日本、意大利以及汶川等国家和地区的浅源中强地震近场加速度时程记录,估算了相应的模型子断层应力降参数值。结果表明:各个国家和地区计算得到的中强地震随机有限断层模型应力降参数具有地区差异性;模拟的峰值加速度大致上正确反映了实际记录PGA的衰减规律,并且模拟结果在近场随距离的衰减较快,这可能与计算所使用的中强地震高频成分丰富有关。(4)针对中强地震震源及路径参数难以准确确定的情况,提出了通过建立随机有限断层类属模型参数来考虑随机不确定性,从而进行中强地震近场地震动模拟的方法,即在考虑区域特定参数、选择具有代表性的震源参数的同时,考虑关键参数随机不确定性,开展大量模拟计算。完成了对核电厂工程弥散地震地震动参数评价的工程应用分析。对模拟PGA的统计结果表明:考虑核电厂弥散地震时,MS5.0地震震中距5 km处0.15g的峰值加速度是合适的;MS5.5地震震中距5 km处0.2g的峰值加速度是合适的;MS6.0地震震中距5 km处0.3g的峰值加速度是合适的。该结果为现有弥散地震地震动评价提供了验证信息。模拟PSA统计结果与衰减关系PSA的比较表明,模拟的平均PSA大致上是保守的,可以作为随机有限断层法模拟结果的推荐反应谱。     

近场地震作用下大型储罐三维隔震地震响应分析

为研究近场多维地震作用下三维隔震储罐的动力响应,采用ADINA软件建立了15×104 m3储罐的有限元模型,选取弹簧单元模拟三维隔震支座,分别输入水平与竖向的近场地震动,定量分析了其动力响应。分析结果显示:对于大型储罐应当考虑竖向地震作用;三维隔震装置可以有效降低储罐的动力响应,但是对晃动波高无控制效果;近场竖向地震作用下的晃动波高幅值很小,实际工程中可以忽略不计。     

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。     

近场地震动下偏心结构的减震控制研究

本文选用远场宽频地震Kanai-Tajimi模型与近场地震He-Agrawal速度脉冲模型,对现有的典型近场地震记录进行了非线性数值拟合。通过调整脉冲分量与宽频分量的比值,得到了不同脉冲分量的地震波,分析了在合成近场地震波作用下,设置粘滞阻尼器时偏心结构的动力反应,并与未设置阻尼器时结构的地震响应进行了对比,同时也对能反映结构偏心特性的参数进行了分析研究。通过数值模拟与仿真分析,得到了一些对实际工程设计有意义的结论。     

Deterministic and probabilistic representation of near-field pulse-like ground motion

The response and damage assessment of engineering structures under near-field ground motions is currently of great interest. Near-field ground motion with directivity focusing or fling effects produces pulse-like ground motion that has characteristics different from those of ordinary records. This paper develops simple deterministic and probabilistic models for near-field pulse-like ground motions. These models belong to the class of engineering models that aim to replicate some of the gross features observed in near-field records. The ground velocity is expressed as a steady-state function or a stationary random process modulated by an envelope function. Both models account for the non-stationarity and the multiple pulses in the ground velocity. While the deterministic model is similar to some of the models developed earlier, the probabilistic model facilitates handling uncertainties in the ground motion and variability in the structure's properties. For instance, this model combined with structural reliability methods can be used for reliability assessment of structures under near-field random ground motion. The reduction of the structural response by adding supplemental dampers is also investigated.     

基岩地震动的一个相干函数模型-走滑断层情形h

目前研究地震动空间变化的主要方法是利用密集台阵（如SMART1台阵等）的强震观测记录进行统计分析，由于地震动观测资料的不足，因而缺少基岩及不同场地类别地震动相干函数模型. 本文利用数值方法了模拟理论地震图，进而研究采用震源位错模型的基岩随机地震动的空间变化规律，并考虑震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响. 其具体思路为:首先对应于每个样本，用有限差分数值模拟方法计算弹性半空间近场地震动场，而后对所有样本的计算结果进行统计，给出了一个走滑断层情形下的近场基岩表面及沿基岩竖直方向水平分量地震动的相干函数模型.      

A coherency function model of ground motion at base rock corresponding to strike-slip fault

IntroductionEarthquakedamagesurveyandresearchresultshavedemonstratedthatspatialdistributiondifferenceofgroundmotionisoneoftheimportantreasonswhichcausedlongstructure(eglongspanbridge,undergroundpipe)destroy.Thathowtoprovideareasonableinputofgroundmotionfieldforaseismicdesignoflongstructureisaurgentprobleminearthquakeengineeringfield.Atpresent,themethodtostudyspatialvariationofgroundmotionsisadoptingstatisticanalysisbasedondensearrayrecordssuchasSMART-1array,etc,togetcoherencyfunctionofground…     

A method for computing interstory drift spectra with consideration of gravity effects

Vertical loads such as gravity may have an important influence on the seismic response of buildings. In this paper, the continuous shear-beam model is extended to study the seismic demand of shear buildings with consideration of the gravity load effect under near-field ground motions. An analytical solution of the free motion equation of as gravity shear beam model is provided in terms of a Bessel series. A method for computing interstory drift spectra is proposed. The interstory drift spectra for two near-field records with distinct pulses are presented to illustrate the effects of gravity and the damping ratio. The interstory drift spectra are also used to analyze the spectral characteristics of near fault ground motion during the 2008 Wenchuan earthquake. The effects of the gravity load ratio, damping ratio and higher modes are investigated and discussed.     

Change in response of bridges isolated with LRBs due to lead core heating

This study focuses on the response of seismic isolated bridges subjected to near-field ground motions with distinct pulse type behavior in terms of maximum isolator displacements (MIDs) and maximum isolator forces (MIFs) transferred to the substructure. The employed isolation systems are composed of lead rubber bearings (LRBs) with bi-linear force-deformation relations that consider cycle-to-cycle deterioration in the yield strength of the LRBs due to heating of the lead core. MIDs and MIFs with due consideration of cycle-to-cycle deterioration are compared with that of non-deteriorating ones. Bounding analyses are also performed for comparison purposes. Nonlinear response history analyses are conducted with two bins of ground motions recorded at different soil conditions to investigate the effect of ground motion characteristics. Results indicate that MIDs are overestimated by lower bound analyses when seismic isolated bridges are subjected to near-field motions with high velocity pulses especially for the bearings with higher Q/W ratios.     

Response of buildings to near-field pulse-like ground motions

Ground motions affected by directivity focusing at near-field stations contain distinct pulses in acceleration, velocity, and displacement histories. For the same Peak Ground Acceleration (PGA) and duration of shaking, ground motions with directivity pulses can generate much higher base shears, inter-storey drifts, and roof displacements in high-rise buildings as compared to the 1940 El Centro ground motion which does not contain these pulses. Also, the ductility demand can be much higher and the effectiveness of supplemental damping lower for pulse-like ground motions. This paper presents a simple interpretation of the response characteristics of three recorded and one synthetic near-field ground motions. It is seen that for pulse-like ground motions—similar to any other ground motion—the Peak values of Ground Acceleration, Velocity, and Displacement (PGA, PGV and PGD) are the key response parameters. Near-field ground motions with directivity effects tend to have high PGV/PGA ratio, which dramatically influences their response characteristics. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

The rocking response of large flexible structures to earthquakes

The rocking response of structures subjected to strong ground motions is a problem of ‘several scales’. While small structures are sensitive to acceleration pulses acting successively, large structures are more significantly affected by coherent low frequency components of ground motion. As a result, the rocking response of large structures is more stable and orderly, allowing effective isolation from the ground without imminent danger of overturning. This paper aims to characterize and predict the maximum rocking response of large and flexible structures to earthquakes using an idealized structural model. To achieve this, the maximum rocking demand caused by different earthquake records was evaluated using several ground motion intensity measures. Pulse-type records which typically have high peak ground velocity and lower frequency content caused large rocking amplitudes, whereas non-pulse type records caused random rocking motion confined to small rocking amplitudes. Coherent velocity pulses were therefore identified as the primary cause of significant rocking motion. Using a suite of pulse-type ground motions, it was observed that idealized wavelets fitted to velocity pulses can adequately describe the rocking response of large structures. Further, a parametric analysis demonstrates that pulse shape parameters affect the maximum rocking response significantly. Based on these two findings, a probabilistic analysis method is proposed for estimating the maximum rocking demand to pulse-type earthquakes. The dimensionless demand maps, produced using these methods, have predictive power in the near-field provided that pulse period and amplitude can be estimated a priori. Use of this method within a probabilistic seismic demand analysis framework is briefly discussed.     

双向近场地震作用下HDR隔震梁桥地震响应研究

以HDR隔震梁桥多自由度（MDOF）模型和等效双线性单自由度（SDOF）模型为研究对象，以典型近场地震动作为输入，研究HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥地震响应的影响。研究结果表明:不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线呈典型双线性；考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积小于不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积。不考虑双向耦合效应的顺桥向HDR支座位移峰值d_b大于考虑双向耦合效应时，但横桥向的结果相反。近场地震作用下，对梁桥进行HDR支座隔震设计时，忽略双向耦合效应计算得到的墩底剪力峰值和弯矩峰值均偏于保守。可忽略HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥近场地震能量的影响。