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。     

多点激励下连续桥梁地震响应特性研究

地震动在强度和频率等方面均具有非平稳特性,导致多跨桥梁的动力响应非常复杂。为了研究多跨连续桥梁在多点地震动激励下的反应,首先提出了评价多点地震动非平稳性的3个指标：幅值绝对值的标准差、方向离散度和穿零率。根据桥梁多点激励运动方程的特点,阐述了广义振型参与系数矩阵的意义,及其与传统振型参与系数矩阵的联系和区别。根据多点地震动非平稳性的特性,对不同支点施加异向及不同幅值的位移或加速度,研究了不同跨数连续梁桥的多点激励响应规律。结果表明,随着连续梁桥跨数的增多,桥梁在多点地震激励下的响应趋于复杂多变,受具体地震动的非平稳性影响越发明显。     

深厚覆盖层上心墙堆石坝强震动力响应分析

土石坝由于施工便捷、取材方便,是目前我国西部比较常见的一种坝型。但西部地区地震活动频繁且烈度较高,特别是一些土石坝坝基下存在深厚覆盖层,对土石坝的地震动力响应有重要影响。采用黏弹性模型-等效线性化方法对国内某拟建土石坝进行三维动力响应分析。考虑到实际土石坝坝体是不完全排水的,将根据经验公式得到的残余体变分成两部分,一部分转化为残余孔压,另一部分为产生的残余变形。根据有限元计算结果,分析在坝基深厚覆盖层影响下坝体残余变形、加速度响应、残余孔压等动力反应的特征和分布规律。计算结果符合一般规律,说明本文采用的计算方法适用于含深厚覆盖层心墙堆石坝的静动力分析。     

考虑地震环境的人造地震动合成方法

本文将经验格林函数法和人造地震动反应谱拟合技术有机地结合起来,提出了一种新的人造地震动方法。利用已有的场地附近的小震记录合成可能发生的大震地面运动,以此作为人造地震动的初始值,通过反复调整初始加速度的傅氏幅值谱来拟合给定的目标反应谱,以得到满足精度要求的人造地震加速度时程。本文方法可以考虑地震环境和局部场地对地震动的影响。所合成的地震加速度时程具有时间强度和频率含量的非平稳特征,并且不需要人为规定强度包线。     

空间相关的多点地震动合成(Ⅱ)合成实例

本文应用已提出的自功率谱、相干函数、视速度模型生成了空间相关的多点地震动时程。采用分段合成、乘强度包络函数的方法近似地考虑了地震动强度和频率尬发的非平稳性、生成的地震动符合空间相关性、传播性、随机性和非平稳性,可用于长结构多点输入地震反应分析。     

基于相位差谱的时─频非平稳人造地震动的生成

本文首先考察了地震动加速度时程在时域和频域上的非平稳性，通过实例分析说明地震动加速度时程 的非平稳性不能由相位谱的概率分布唯一决定，进而阐明了相位差谱是影响地震动非平稳的决定性因素。经 统计检验确定了脉动相位差的概率分布模型，利用相位差谱的数字特征与地震特性参数之间的统计关系，给 出了基于相位差谱的地震动时程生成方法。最后，通过对计算实例的分析，证实了此方法能够反映并模拟实 际地震动的时─频非平稳性。     

基于相位差谱的时-频非平稳人造地震动的生成

本文首先考察了地震动加速度时程在时域和频域上的非平稳性，通过实例分析说明地震动加速度时程的非平稳性不能由相位谱的概率分布唯一决定，进而阐明了相位差谱是影响地震动非平稳的决定性因素。经统计检验确定了脉动相位差的概率分布模型，利用相位差谱的数字特征与地震特性参数之间的统计关系，给出了基于相位差谱的地震动时程生成方法。最后，通过对计算实例的分析，证实了此方法能够反映并模拟实际地震动的时－频非平稳性。     

桩-土-结构动力相互作用的线弹性地震反应分析

采用集中质量法(简化模型)，用ANSYS软件作为桩—土—结构动力相互作用分析的工具，建立了小震下钢筋混凝土剪切型结构考虑桩—土—结构动力相互作用效应的计算模型，进行了桩—土—结构相互作用线性体系的模态分析，研究了考虑桩—土—结构相互作用体系的自振特性；进行了小展下桩—土—结构相互作用体系弹性地震反应时程分析，研究了土—结构动力相互作用效应对结构地震反应的影响；得出如下结论；考虑桩—土—结构相互作用效应后，结构体系的自振特性及结构的地震反应将有所改变。     

地震动非平稳性与幅值谱和相位差谱的关系

本文将地震动时程视为非平稳的随机过程，通过将其分解为一系列窄频带波包的方法，讨论了地震动强度及频率非平稳性与幅值谱和相应差谱的关系，并着重分析了相位差谱及其均值和对地震动非平稳性作用的机制。     

双向地震作用下锯末混合土场地动力特性分析

在北京工业大学振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土地基自由场振动台模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,试验中输入地震动时程采用El Centro地震动记录、Taft地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向分为水平单向和水平双向。文中,重点考察了双向地震动输入下锯末混合土模型场地的动力特性及其变化规律,主要指标包括模型场地地震动反应的峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其傅氏谱。试验结果表明:随着输入地震动强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,而其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动;双向地震作用下锯末混合土模型场地的动力变化规律与单向地震作用下较为一致。     

A modified method for simulating non-stationary multi-point earthquake ground motion

A spectral-representation-based algorithm is proposed to simulate non-stationary and stochastic processes with evolutionary power,according to a prescribed non-stationary cross-spectral density matrix. Non-stationary multi-point seismic ground motions at different locations on the ground surface are generated for use in engineering applications. First,a modified iterative procedure is used to generate uniformly modulated non-stationary ground motion time histories which are compatible with the prescribed power spectrum. Then,ground motion time histories are modeled as a non-stationary stochastic process with amplitude and frequency modulation. The characteristic frequency and damping ratio of the Clough-Penzien acceleration spectrum are considered as a function of time in order to study the frequency time variation. Finally,two numerical examples are presented to validate the efficiency of the proposed method,and the results show that this method can be effectively applied to the dynamic seismic analysis of long and large scale structures.     

Probability density evolution method for seismic liquefaction performance analysis of earth dam

To investigate the seismic liquefaction performance of earth dams under earthquake loading, we present a new methodology for evaluating the seismic response of earth dams based on a performance‐based approach and a stochastic vibration method. This study assesses an earthfill dam located in a high‐intensity seismic region of eastern China. The seismic design levels and corresponding performance indexes are selected according to performance‐based criteria and dam seismic codes. Then, nonlinear constitutive models are used to derive an array of deterministic seismic responses of the earth dam by dynamic time series analysis based on a finite element model. Based on these responses, the stochastic seismic responses and dynamic reliability of the earth dam are obtained using the probability density evolution method. Finally, the seismic performance of the earth dam is assessed by the performance‐based and reliability criteria. Our results demonstrate the accuracy of the seismic response analysis of earth dams using the random vibration method. This new method of dynamic performance analysis of earth dams demonstrates that performance‐based criteria and reliability evaluation can provide more objective indices for decision‐making rather than using deterministic seismic acceleration time series as is the current normal practice. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑坝体材料非线性的混凝土拱坝地震反应分析

本文基于可信概率水准的破坏性强震作用,针对小湾高拱坝进行了考虑坝体材料非线性的拱坝地震反应分析。在分析模型中,同时考虑了无约束域地震能量辐射效应和近域地基材料非均匀性的影响。为了实现非线性条件下的静、动力组合分析,利用显式有限元结合修正的黏弹性人工边界的开放系统时域静、动力统一分析方法进行了求解,对在自重作用下的初始静力解计算采用了动力松弛技术。     

Simulation of non-stationary ground motion processes (II)

Introduction When doing Monte Carlo analysis of stochastic earthquake response of nonlinear structures, it is necessary to have a great number of ground motion processes with an identical statistical feature; In theoretical analysis of earthquake resistance of structures, to study the effect of one parameter, it is required to keep other parameters fixed, and it is often needed one set of ground motion proc-esses having an identical statistical feature; Similarly, while doing structural model…     

非平稳地震动过程模拟方法(Ⅱ)

在总结回顾具有同一统计特征非平稳地震动过程模拟的研究基础上, 提出了一个模拟产生与某个给定地震动记录具有同一统计特征[CD2]时变功率谱的非平稳地震动过程的方法. 方法具有如下一些特点: 模拟产生的样本过程在幅值上和频率上均是非平稳的, 幅值和频率的非平稳性均取决于目标时变功率谱; 任意一个样本过程的时变功率谱未必符合目标谱, 但在统计意义上却严格符合目标谱. 最后, 论文以Landers地震的一个加速度记录为例对方法进行了验证.      

全非平稳地震作用的结构随机反应与可靠度分析

在平稳地震动过程的Clough-Penzien功率谱基础上,采用林家浩非均匀调制函数建立全非平稳地震动过程的演变功率谱。根据我国现行的《建筑抗震设计规范》进行全非平稳地震动演变功率谱的参数识别研究。应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,生成建筑结构抗震设计所用地震动的代表性样本集合。通过代表性样本集合的二阶统计值及地震反应谱与目标值的拟合比较,验证本文方法的有效性。最后结合概率密度演化方法,进行以层间位移角为控制准则的结构随机地震反应分析与抗震可靠度计算。     

多维地震动各方向相关性对拱坝动应力的影响

本文将随机振动的虚拟激励法与拱坝-地基动力相互作用FE-BE-IBE时域模型结合，发展了一个可以考虑多维随机地震动作用下的拱坝动力响应计算模型，并用Monte Garlo方法对模型进行了验证，计算结果表明，地震动分量的相关性对结构的动力响应存在一定影响，合理考虑地震动各方向分量的相关性可以更好地计算实际地震作用下的拱坝动力响应。     

基于IDA的金安桥混凝土重力坝潜在失效模式研究

为了研究混凝土重力坝在地震动荷载作用下的潜在失效模式,以金安桥碾压混凝土重力坝5号非溢流坝段为例,运用粘弹性边界法和流固耦合法建立了反映重力坝在地震动作用下动力响应特征的坝体-地基-库水抗震分析模型。基于增量动力分析（IDA）法:绘制了以相对位移转角为x轴（损伤指标,DM）和峰值地面加速度为y轴（强度指标,IM）的IDA曲线簇;分析了金安桥大坝在极端荷载作用下的潜在失效模式和其在不同峰值地面加速度下重力坝的损伤破坏过程。结果表明:金安桥大坝在地震动荷载作用下,可能发生功能失效的地方多出现在坝体折坡处、碾压分区交界处、坝踵与坝基交界处、廊道顶等应力集中处。因此,加强对这些区域的抗震防护有利于提高大坝整体的抗震水平。     

地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系分析

本文在对实际地震加速度记录统计分析的基础上,给出了能够合理描述地震动强度非平稳特性的参数及其取值范围;然后引入实验设计方法,建立了适合于地震动强度非平稳特性参数分析的实验设计算法,用来分析地震动强度非平稳特性参数的变化对结构响应的影响;最后通过与近似技术相结合,建立了地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系模型.结果表明,本文提出的实验设计方法适合于对地震动强度非平稳特性参数进行分析,该方法在有效地减小计算量的同时,获得了结构响应与参数变化之间的对应关系.基于实验设计方法进行的特性参数方差分析结果表明:地震动的稳态持时对结构地震响应的影响比较显著;对于周期较小的结构,特性参数之间的交互作用对结构地震响应的影响显著,但当周期大于1 s时,则不显著.本文建立的近似定量关系模型能够较好地反映不同特性参数、不同周期结构动力响应之间的联系,为工程实践中基于结构特性合理设置地震动特性参数、合成或挑选地震加速度时程提供理论依据.      

Nonlinear seismic response analysis of arch dam-foundation systems- part II opening and closing contact joints

A time-domain method for the analysis of arch dam-foundation rock dynamic interaction during earthquake was proposed, and the dynamic relaxation technique was adopted to obtain the initial static response for dynamic analysis by [Du et al. (2005). The paper has been contributed to Bulletin of earthquake engineering]. In this paper, a nonlinear explicit method in time domain considering the opening and closing effect of contact joints on arch dam during earthquake is further proposed by introducing the dynamic contact force model into the method. The simulation accuracy of dynamic contact force model is verified by comparing its calculation result and test result of scale model on shaking table. Finally, the influence of joints on the seismic response of Xiaowan arch dam is studied by the proposed method and some conclusions are given.