考虑多维地震动及重力作用的土层场地地震反应分析模型

合理有效的工程场地自由场分析是开展地下结构地震反应计算、发展地下结构实用抗震分析方法的前提。目前常用的自由场分析方法多局限于单向地震动输入，难以考虑多向地震动共同作用时的非线性耦合效应。鉴于此，提出一种考虑水平和竖向地震动及重力荷载共同作用的土层地震反应分析力学模型，该模型采用捆绑约束条件作为侧面边界条件，采用基于黏性边界的地震动输入方法将输入地震动转化为等效地震荷载，可实现自由场计算中水平和竖向地震动以及重力荷载的同时施加，简化了计算步骤，减少了计算成本。此外，该方法考虑了水平和竖向地震荷载的叠加效应，对于考虑材料非线性及大变形影响的土层场地地震反应分析具有更为良好的计算精度与适用性。     

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.     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响.从汶川M8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录,根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整,使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致,以此作为结构地震反应分析的地震动输入.选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构,建立有限元分析模型,分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布.研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异,且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言,非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大.随着结构自振周期的增加,高阶振型的影响更加明显.与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大.速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型,产生较大的层间位移反应.非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此,在开展近断层结构地震影响评价时,应考虑近断层速度脉冲的影响.     

汶川地震近断层地震动作用下 结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响. 从汶川M_S8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录, 根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整, 使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致, 以此作为结构地震反应分析的地震动输入. 选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构, 建立有限元分析模型, 分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布. 研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异, 且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言, 非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大. 随着结构自振周期的增加, 高阶振型的影响更加明显. 与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大. 速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型, 产生较大的层间位移反应. 非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此, 在开展近断层结构地震影响评价时, 应考虑近断层速度脉冲的影响.      

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用

本文采用有限元方法研究基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用,分析非线性放大作用和线性放大作用的差别,以及透镜体埋深、宽度、厚度以及输入地震波幅值和频谱等因素对非线性放大作用的影响.研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的非线性放大作用,该放大作用可达30%;非线性放大作用一般小于线性放大作用;透镜体宽度对地表加速度反应谱的影响较大,埋深和厚度对地表加速度反应谱的影响较小;输入地震波幅值和频谱也有很大的影响.     

2019年6月18日日本山形县Mw6.7级地震场地非线性反应特征研究

强震作用下的土层非线性是研究场地效应的重要因素之一.选取2019年6月18日日本山形Mw6.7级地震中8个台站的主震及20次余震的强震动记录,采用主余震速度反应谱水平/垂直(HVSR)谱比,并结合非线性识别指标DNL、ADNL和PNL对主震中可能发生非线性反应特征的台站进行研究.结果表明:土体在强震动作用下场地卓越频率有向低频移动的趋势,体现了土层非线性反应的特征;非线性指标DNL和ADNL与地震动峰值加速度之间存在显著的相关性,但PNL对应关系不明显.     

龙头山集镇局部场地地震动效应分析

依据龙头山集镇6个典型场地上的钻探资料及土体的动力非线性特性试验数据,分别建立了相应场地的地震反应分析模型。以幅值折半的龙头山镇强震动台站（053LLT）东西向主震加速度记录作为入射地震动,采用一维土层地震反应分析等效线性化方法计算了场地地震反应,讨论了近地表覆盖土层结构对地震动加速度峰值及反应谱的影响,并对场地效应与震害的关系进行了分析。      

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。     

土层动力参数变化对地表地震反应影响的研究

通过模拟土层剖面,采用等效线性化程序,对土体的非线性动力参数～动剪切模量比与阻尼比分别使用实测值、行业推荐值和规范值来计算地表的反应谱,比较地表的地震动峰值与反应谱的特征周期大小以及反应谱的形状,以评价土层参数变化对地表地震反应的影响.     

设计地震动反应谱长周期区段确定方法的探讨

本文比较了GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中的地震影响曲线和GB18306-20《中国地震动参数区划图》中使用的设计地震动反应谱,并参考实际工程场地的地震动反应谱,探讨了长周期结构工程地震安全性评价工作中的设计地震动反应谱长周期区段的确定方法。     

近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响

选择台湾集集地震和美国北岭地震的近断层地震动记录作为输入,考察了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同速度脉冲运动对单自由度体系和长周期橡胶支座隔震建筑结构抗震性能的影响.反应谱分析表明,破裂向前方向性与滑冲效应对工程结构地震响应的影响是随结构周期变化的.在中短周期段,含破裂向前方向性效应地震动的谱加速度值大于含滑冲效应地震动的谱加速度值;而在长周期段,含滑冲效应地震动的谱加速度大于含破裂向前方向性效应的谱加速度值.并且,与无脉冲地震动作用相比,含破裂向前方向性与滑冲效应脉冲的近断层地震动作用下隔震建筑的地震响应显著增大.滑冲效应引起的速度脉冲使隔震建筑底部的层间变形和楼层剪力明显增大,这意味着滑冲效应脉冲比向前方向性效应脉冲对长周期建筑结构的破坏更具危害性.     

地震作用下分层土边坡多滑面变形破坏的数值模拟研究

地震引起的滑坡对生命、环境和经济造成了巨大的威胁。目前,对于地震作用下边坡稳定性的研究主要集中在单一滑动面破坏模式,对于具有多个潜在滑动面边坡的地震稳定性研究比较欠缺。基于此,利用有限差分软件FLAC对不同边坡进行地震稳定性数值模拟,对比分析不同强度地震动作用下均质土体、分层土体和含软弱夹层土体边坡的滑动面演化过程和永久变形分布特征。结果表明：对于均质边坡,地震引起的滑动面为单一的整体滑动面,地震动强度的增加仅导致沿滑动面的永久变形量增大;对于非均质边坡,在地震作用下还可能形成通过土层交界面的局部滑动变形,且地震作用下最先形成和发生变形的滑动面与静力条件下得到的最小安全系数对应的最危险滑动面一致;同时,地震引起的边坡浅层和深层变形破坏存在复杂的相互影响,当局部浅层滑动先发生时,地震动的进一步增大很容易诱发更深层的坡体滑动,而当深层滑动先发生时,由于塑性变形影响地震惯性力向上部坡体的传播,浅层坡体的进一步滑动变形相对较难被触发。     

港珠澳大桥工程人工岛三维非线性地震反应分析

以港珠澳大桥工程人工岛为研究对象,采用动力有限元法模拟了地基-人工岛-海水系统三维地震反应。为计算土体的沉降变形,分析模型中回填土部分采用可以反映土体剪胀和应变软化特性的统一硬化模型进行模拟,对比分析了在水平单向、水平双向和三向输入地震荷载时,人工岛-地基系统加速度反应规律,以及人工岛地表峰值位移规律。研究结果表明,由于土与岛壁桩墙结构的动力相互作用,土体加速度放大系数以及地表沉降规律,均与地震动作用方向和人工岛长轴方向的夹角相关,多向地震作用时人工岛地表纵向地震反应大于横向地震反应,且在三向地震作用下地表差异沉降最显著,将引起桥梁与隧道连接处的非一致变形。     

渤海海域软土层土对地震动参数的影响研究

渤海海域软土层土对场地设计地震动参数取值具有显著影响。选取渤海中部钻孔剖面作为计算场地模型基础,分别构建软土和硬土场地模型,并通过改变软土层厚度,构造新的场地模型。采用等效线性化方法（EL法）和非线性计算方法（NL法）分别对场地模型进行地震反应分析,分析了海底软土层土对地震动参数的影响。研究结果表明:海底软土层土对地震动峰值加速度的影响显著,随着地震动输入增加,软土层放大效应减弱,减震作用逐渐增强;EL法中,软土层土对基岩反应谱的高频部分具有明显滤波作用,而NL法中,滤波作用较弱,海底面反应谱随地震动输入的增大先放大后减小;软土层土会降低设计地震动地震最大影响系数,增大特征周期。对于海域工程,特别是深基础工程抗震设计地震动参数的确定,从保守角度考虑,建立场地模型时建议删除软土层。     

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.      

基于一致可靠度的地震动记录样本容量确定方法研究

确定地震动输入样本容量是开展结构动力地震反应分析的重要环节,目前国内外关于地震动输入样本容量的讨论往往忽略或尚难以定量考虑结构地震反应估计的可靠度水平。以一实际钢筋混凝土框架结构为例,首先分析在大样本地震动作用下结构非线性地震反应的统计特征,研究估计结构地震反应时取样本最大值和平均值的差异,然后借助于假设检验分析结构地震反应的概率分布模型,给出基于一致可靠度的地震动样本容量确定方法,并对比分析单周期点、多周期点、谱值匹配调整地震动及人工合成地震动对样本容量需求的影响,为保证在小样本地震动输入下结构地震反应估计值满足给定可靠度和容许误差提供分析方法和判断依据。本文方法适应于定量确定不同结构类型和不同地震强度水平下的地震动样本容量需求,对建筑结构抗震性能评估及设计规范研究有一定意义。     

地震动反应谱与RC框架结构地震响应相关性分析

弹塑性时程分析一般用来评估和验算结构抗震性能,如何选取合适的输入地震动是其中关键工作之一。为给结构弹塑性时程分析选取地震动提供合理的参考参数,本文讨论了地震动反应谱参数与结构地震响应之间的相关性。首先建立了6层和7层两个钢筋混凝土(RC)框架结构数值模型,分别对两个结构进行了大量地震动作用下的时程反应分析,并考察了地震反应特点;然后将结构地震响应与地震动反应谱参数建立关系并进行了相关性分析。结果表明:对RC框架而言,结构地震响应与弹性谱参数相关性较小,与等强度反应谱相关性随标准屈服强度降低而增大,与等延性反应谱相关性随延性增大而增大,而与地震动输入能量谱在标准屈服强度较小时相关性最大。建议RC框架结构在进行地震反应时程分析时,可以参考地震动的弹塑性输入能量谱、等强度速度谱和等延性加速度或位移谱,以选取引起结构不同地震反应水平的输入地震动。本文结果和结论可供结构弹塑性时程分析选取合适的输入地震动参考。     

基于FLAC~(3D)的土层非线性地震反应分析

以唐山响嘡局部场地影响台阵3号测井场地(Ⅱ类场地)作为实验场地,验证用FLAC~(3D)软件方法进行土层地震反应计算的可行性。以天津塘沽某IV类场地为例,在不同地震动强度输入条件下分别采用FLAC~(3D)软件方法和等效线性化程序方法计算该场地地表地震动峰值和反应谱。计算结果表明:在输入地震动强度较小时,两种方法计算得到的结果差别不大;在输入地震动强度较大时,FLAC~(3D)方法克服了等效线性化方法低估地表地震反应(高频部分)和高估土体的非线性所造成的地表反应谱特征周期偏大问题。FLAC~(3D)方法计算得到的结果可能更符合工程实际。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。