基于瞬时谱匹配的地震波选波方法及应用

地震波输入对结构非线性响应具有重要影响,选取合适的地震波输入计算是保证结构时程分析响应结果准确的首要条件。文章通过对比地震波瞬时谱的模型化方法,优化并提出可以考虑地震波时频特性的选波方法,并与《建筑抗震设计规范》方法进行对比分析。结果表明：匹配瞬时谱的选波方法可以有效地控制所选地震波的时、频域差异性,降低结构时程分析响应离散度,可为工程选波提供依据。     

目标谱选波方法在算术与对数坐标下的差异分析

目前时程分析选波常采用目标谱法,即选择反应谱与目标谱有较好匹配的地震波。目前为止,关于在谱匹配中采用不同的坐标体系会给地震波缩放以及时程分析结果造成的差异性影响,还鲜有相关研究结果。本文旨在对比分析谱匹配中反应谱与目标谱采用算术值(算术坐标下ASM方法)和对数值(对数坐标下LSM方法)所得结构非线性时程分析结果的差异。以美国SAC Steel Project提出的3层、9层和20层钢框架结构为实例,以该计划提出的代表3种超越概率(即50年超越概率50%、10%和2%)的各组地震波平均反应谱作为目标谱,以这3组地震波(每组20条波)时程分析所得最大层间位移角的算术均值和几何均值作为目标反应,以简单地震信息初选的小型地震波数据库(共40条波)作为备选波,将ASM和LSM方法优选出的7条地震波所得时程分析结果进行了差异性分析。研究表明, LSM方法所得地震波的缩放系数明显大于ASM方法,并且地震波的排序即选择结果也存在一定差异。ASM和LSM方法对结构反应均值(算术均值和对数均值)估计的准确度均控制在±20%以内,但LSM方法所得结构反应更大。LSM方法在降低结构反应离散性方面较ASM方法更有优势,且对于较长周期结构(如20层结构)及结构非线性程度较高(如50年超越概率10%、2%)时,这种优势会更为凸显。     

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。     

随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

为了研究随机地震动场多点激励作用下宽幅大跨桥梁结构的地震响应,基于二维相干模型,考虑地震波非平稳性合成桥址各支承点的人工地震加速度时程波,采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正,并对校正前后加速度波的响应谱进行比较校验;随后以某大跨自锚式悬索桥为例,利有限元软件中线性时程分析模块,将所合成的加速度地震波施加于结构,对比研究一致激励与随机地震动多点激励下宽幅大跨桥梁结构的地震响应。分析表明,考虑二维相干和地震波非平稳性合成的各支承点地震加速度时程波可采用多项式拟合法进行基线漂移现象的校正,同时应对修正前后加速度波的反应谱进行比较校验;对于大跨且横桥向支承点相距较远的桥梁结构应考虑横桥向地震波的非一致性。     

反应谱控制选波的地震动时频非平稳特性差异性分析

时程分析法中地震波的选取关乎结构抗震分析结果是否准确,基于规范反应谱进行选波分析,研究不同选波控制指标下所选出的地震波在时域、频域等方面的特性及误差大小,并进行工程验证。结果表明:采用拟合反应谱选波方法所选的地震动在时、频域上特性差异较大,是导致时程分析法中结构响应差异性较大的主要原因,且选用更为严格的控制指标并不能有效降低所选出地震动时频非平稳之间的差异性。     

基于条件Newmark-Hall三联谱的时程分析选波方法

条件均值谱（CMS）已成为目前国内外广受关注及认可的结构抗震时程分析选波的目标谱,但其无法同时兼顾多个周期点谱加速度具有相同的地震危险水平,对于须考虑多阶振型影响的长周期结构尚存局限。Newmark-Hall三联谱是基于加速度峰值（PGA）、速度峰值（PGV）和位移峰值（PGD）并联合短、中、长周期相关放大系数建立的反应谱,与短、中、长周期结构均具有天然良好的相关性,其与概率地震危险性分析（PSHA）结合较弱及具有经验化特征。将两种反应谱的优势相结合,即将CMS的“条件分布”理念引入Newmark-Hall三联谱,建立了条件Newmark-Hall三联谱（即CN-H）,并提出了以CN-H为目标谱的选波方法（即CN-H方法）。以美国SAC计划设计的3层和9层抗弯钢框架结构为例,将CN-H方法与以CMS为目标谱的选波方法所得结果进行了对比。CN-H方法对于结构反应均值的估计与CMS方法具有一致的准确性,且所得结构反应的离散性也较低,可见CN-H方法对于结构弹塑性时程分析选波具有良好的适用性。     

大跨度斜拉桥时程分析输入地震波峰值调整方法

地震波峰值调整常采用基于地震动峰值加速度（PGA）的方法来实现,而现行规范中设计反应谱的峰值加速度为有效峰值加速度（EPA）,建议采用EPA进行峰值调整。首先,分析PGA和EPA含义及其内在联系,总结国内外现有的EPA计算方法,根据桥梁结构与建筑结构的不同特点,修正桥梁结构时程分析EPA的计算公式。其次,研究EPA计算中地震波反应谱的平滑处理问题,并提出3种峰值平滑方法,分析相关参数的取值及各方法的优劣性。最后,将此方法应用于一座大跨度斜拉桥进行时程分析,比较基于PGA和EPA两种不同峰值调整方法下结构的位移和内力结果。结果表明,应用基于EPA的峰值调整方法得到的时程分析结果更加可靠。      

地震安评中天然地震波选取方法研究

近年来工程场地地震安全性评价工作日趋规范化,安评相关方法与技术也在不断的发展与完善.而超高、超限等复杂结构类型越来越成为城市建筑建设重点,根据《建筑抗震设计规范》要求,此类建筑在抗震设计工作中需要进行时程分析,时程分析输入地震动的选用需考虑与规范反应谱在"统计意义上相符".在总结常用选择方法的基础上,提出一种新的选波思路,即按照安评结果反应谱作为目标反应谱,基于强震记录数据库,利用PEER强震记录数据库及搜索平台,寻找最优匹配天然地震波,作为结构时程分析输入地震波,通过实例对比分析,该方法选取的地震波在结构时程分析中具有良好的适用性.     

高层框架结构远场长周期地震响应分析

首先对3条普通地震波和3条远场长周期地震波进行了频谱特性分析,并对比了普通地震波与远场长周期地震波傅里叶幅值谱的不同点;其次采用ABAQUS大型通用有限元软件建立了16层钢筋混凝土框架结构有限元分析模型,并对高层结构的动力特性进行分析。按照弹塑性时程分析的方法,研究高层框架结构在远场长周期地震动作用下的响应,包括楼层剪力、楼层位移和楼层位移角,并与普通地震动作用下的结构响应进行对比,得出远场长周期地震动对高层框架结构的各个响应均大于普通地震动。     

高烈度区大跨刚构-连续梁桥地震响应分析

为研究大跨刚构-连续梁桥在高烈度地区的地震响应,选取羊记沟左线大桥为工程背景,利用Midas软件建立多个有限元模型,考虑纵、横桥向的水平地震波输入,比较反应谱与时程分析结果,获得结构动力响应特点,为大跨刚构-连续梁桥的抗震设计提供参考依据。结果表明:刚构-连续体系仅单墩刚构时不宜采用反应谱分析,高烈度地区桥梁进行地震响应时程分析时,选用与场地适应的地震波的同时,应考虑采用本地地震参数转化人工波作为地震激励源。桥墩不等高时,可通过改变墩截面形状及其与主梁连接方式调节内力分布,避免矮墩刚度大导致的内力集中。     

行波效应对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响

介绍了模拟地震地面运动的大质量法,推导了大跨度桥梁考虑行波效应的分析模型及解析方法。以大准黄河特大桥为工程背景,选取墩身刚度、地震波视波波速及不同的地震记录为主要参数,进行了考虑行波效应下铁路大跨连续刚构桥的时程反应分析,并与一致激励下的结果进行了对比。系统总结了此类桥梁在行波效应激励下的地震反应特点。本文分析方法和结果对同类桥梁的设计与研究具有一定的参考价值。     

基于负刚度装置的超长联大跨连续梁桥地震反应控制研究

为完善超长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,将负刚度装置引入到超长联大跨隔震连续梁桥中组成新型减、隔震系统,并与黏滞阻尼器-摩擦摆支座组合减震系统进行比较。基于CSiBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,黏滞阻尼器采用Maxwell模型,输入3条地震波进行非线性时程分析,考查两种新型减、隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究负刚度系统及黏滞阻尼器系统对超长联大跨连续梁桥地震反应的控制效果。研究结果表明：负刚度装置与黏滞阻尼器均可以有效地减小超长联大跨隔震连续梁桥的支座位移。负刚度装置对桥墩内力反应及梁体加速度反应的控制优于黏滞阻尼器。负刚度装置在超长联大跨连续梁桥地震反应控制中有较好的应用前景。     

大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析

以有限元分析理论为基础,结合某大跨度斜拉桥工程实例,利用ANSYS软件建立有限元模型,通过修正后的El Centro波分别考虑横向、竖向及纵向输入,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算分析表明:考虑几何非线性后,结构的内力和位移响应明显增大,且对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.同时表明该桥抗震性能良好,地震荷载不控制设计.由此得出结论,对于斜拉桥这类柔性体系, 不可忽视结构几何非线性的影响.     

大跨度拱桥地震动输入模式研究

地震动输入是大跨度桥梁地震反应分析的重要一环。从明确大跨度拱桥的临界跨度入手,探讨了大跨度拱桥地震动输入模式中的行波效应、三向输入及其地震动选取问题。基于某大跨度钢管混凝土拱桥,建立了有限元分析模型,考查了行波效应及三向地震动输入对拱关键截面内力、减隔震支座位移及粘滞阻尼器冲程的影响。结果表明:给出的大跨度拱桥临界跨度确定方法合理,行波效应对拱顶轴力有重要影响,不考虑三向地震动同时作用会明显低估大跨度拱桥的地震反应。确定大跨度拱桥地震动输入模式时需考虑行波效应与三向地震动同时输入。     

强震区非对称连续梁桥地震响应及性能评价

为研究高烈度地区不等跨连续梁桥的抗震性能，依托某高速公路上一座主跨为（40+60+35）m的典型不等跨连续梁桥，建立其动力分析有限元模型，获得该桥的模态特性。在E1概率和E2概率两种地震水平作用下，同时采用反应谱分析和时程分析法，对不等跨桥梁结构的地震响应进行分析。最后根据桥墩验算截面的弯矩-曲率关系曲线，探讨该桥梁的抗震性能。研究结果表明：动态时程反应分析与反应谱分析所得的结果基本吻合，由于反应谱分析假定结构线弹性状态而时程反应分析考虑了材料的弹塑性，在E2概率水平下，两者个别响应值有较大差别；由于反应谱法是对各阶模态下最大响应的组合，动态时程反应分析是同一时刻各地震波引起的结构响应的组合，因而时域和频域计算结果会存在一些误差，频域结果偏于保守；E1、E2概率地震作用下，主桥桥墩检算截面仍然在弹性范围内工作，满足弹性设计要求。     

Effect of travelling waves on stochastic seismic response and dynamic reliability of a long-span bridge on soft soil

It is generally known that the variability of earthquake ground motion is mainly in time and space. To investigate the impact of this variability on the seismic performance of a long-span flexible structure, we discuss the seismic dynamic responses of a real bridge subjected to stochastic seismic ground motion. We incorporate the effect of wave passage by means of the method of probability density evolution based on dynamic time-history analysis from the perspective of stochastic dynamics. First, we introduce the theory of probability density evolution and a category of stochastic seismic model. We then conduct a series of deterministic seismic dynamic analyses of the bridge to establish the probability density equation. Eventually, we obtain the probability information at the level of the probability density function of the seismic response by solving the probability-density evolution equation. The results show that the impact of travelling waves on a long-span structure is related to the characteristics of the earthquake ground motion and the structure, and that travelling waves increase the variability of the seismic response.     

基于人工地震波作用下大跨度悬索桥多点激励地震响应分析

为研究大跨度悬索桥在多点激励作用下的地震响应规律,在已有的功率谱模型基础上提出了改进的功率谱模型,并将其应用到人工地震波合成过程中。以某水库上主跨720 m双塔单跨悬索桥为研究对象,用Midas civil建立全桥有限元模型,采用大质量法进行不同波速多点激励地震响应分析。结果表明:大跨度悬索桥在多点激励作用下的主塔内力响应、主塔位移响应及主梁位移响应均受行波效应、衰减效应、不相干效应及衰减后地震波叠加效应影响,且最终的响应值由衰减后地震波的叠加效应与衰减效应的共同作用决定;500 m/s多点激励下衰减后的地震波叠加加强效应与衰减效应共同作用后,对主塔轴力响应、主塔塔底顺桥向剪力响应、左塔上横梁处剪力和弯矩响应的加强效果最大;各波速多点激励下,主塔顶顺桥向位移响应相对变化率均大于零且几乎保持不变,主梁两端顺桥向位移响应相对变化率在1 000 m/s波速取得最大值,主梁竖向位移响应在500 m/s取得最大值并随波速的增加逐渐接近一致激励情况。     

大跨度桥梁结构多级地震响应研究

大跨度桥梁结构在地震发生时其支承点受到的地震动激励均不相同,使得在多级地震中其桥梁结构对于地震的响应程度也不同。通过分析多级地震作用下,水中结构的运动引起桥梁墩部周围水体辐射波浪运动对桥梁结构的影响,分析大跨度桥梁墩-水耦合边界。基于反应谱理论,计算大跨度桥梁结构承受的地震力最大值,得出多级地震响应曲线,以分析其多级地震响应;并以某地六跨桥为例,以多级地震下桥梁的位移、剪力、弯矩等响应时程为指标进行分析,得出有效结论。