基于数值模拟的设定地震场地谱时程拟合方法

本文将确定性数值模拟方法与地震动预测方程相结合,提出了一种重大水电工程场址设定地震的地震动时程生成方法。该方法基于场址设定地震,首先采用地震动预测方程确定场址的场地相关反应谱;其次建立包含震源和场址的场地模型,通过确定性数值模拟方法生成场址地震动时程;最后对生成的场址地震动时程进行调整,使其反应谱与设计谱相一致,用于工程抗震分析。这一方法生成的地震动时程既考虑了震源机制、传播路径以及局部场地效应等物理背景,又与场地相关的设计地震反应谱保持一致,为重大工程抗震分析与评价提供了一种新的思路。     

一种深厚覆盖层场地地震动参数的确定方法

基于欧美规范确定了坐落在深厚覆盖层上KH抽水蓄能电站上、下库场地基本运行和最大设计地震动峰值加速度、反应谱和时程等动参数。首先依据场地区域地震烈度区划图、特征周期区划图和依据场地地质地震条件选取的5条种子实测地震动确定场地基岩输入加速度时程、峰值加速度和设计反应谱,进而基于各土层地质参数和一维弹性波传播模拟程序确定覆盖层表面的平均峰值加速度、平均反应谱和5条地震动时程,对所得到的平均反应谱和峰值加速度进行光滑处理后确定可用于各建筑物结构抗震设计的地震动参数,包括覆盖层表面水平向动力响应加速度时程、峰值加速度和设计反应谱。该方法可较好地保留输入地震动的真实动力特性,如持时、相位和频率等,为我国规范中建议的确定场地地震动参数的方法提供有益的补充。     

人工拟合地震动时程参数对场地反应的影响分析

采用目标谱拟合法人工合成地震动时程,拟合过程中对包络线参数进行定量的变化,进行土层地震反应分析.根据其对场地反应的影响,讨论时程参数对人工拟合地震动时程的影响规律,为场地抗震设防参数的选取提供依据.研究结果表明:t1、t2和c不同时,所拟合的地震动时程对土层地震反应结果有较大影响,其影响程度与土层结构关系密切.     

强震动记录选取中目标谱的研究及应用

随着强震动观测技术的发展,强震动观测数据的累积推动了结构抗震设计理论的发展。目前,在许多国家的抗震规范中都将结构动态时程分析方法列为静态设计方法的必要补充,但对于高层建筑、大跨结构等特殊结构形式及重要建设工程,要求强制使用动态时程分析方法。我国结构抗震设计规范及相关标准关于强震动记录选取的规定过于笼统,结构设计人员在面对大量强震动记录数据时缺乏明确的选取依据。本文搜集整理了国内外现有强震动记录数据,通过对地震参数的统计,提出基于场地类型的改进反应谱谱值相关系数经验公式,并将其应用于条件均值反应谱(conditions mean spectrum,CMS)的建立。同时,本文基于地震动衰减关系建立地震信息与抗震设计参数的对应关系,将其作为匹配规范标准谱选波方法的筛选依据,进而明确了抗震规范中强震动记录选取的初选条件。研究中发现,规范标准谱不宜作为谱形匹配选取强震动记录的目标谱,因此,提出两种建立合理目标谱的方法:一是基于地震动衰减关系建立PGA目标谱;另一是基于地震参数建立EPA均值目标谱。最后探讨了在地震安全性评价工作中实际强震动记录的选取及应用。本文主要研究内容及结论如下:(1)通过对20 000余条强震动记录的地震动参数进行分析,发现记录的加速度、速度及位移峰值和反应谱谱值的相关系数的分界周期点随着场地条件而变化,并提出基于场地类别改进反应谱谱值相关系数经验公式。改进后的反应谱谱值相关系数经验公式改善了目标谱的场地特征,使其更符合场地条件的要求。(2)针对抗震设计规范中关于强震动记录选取的相关条款,提出强震动记录选取的基本原则和具体方法,为完善相关规定提供参考依据。针对一般建设工程,依据地震动加速度峰值(PGA)衰减关系,提出同等设防PGA目标值对应的地震参数范围,建立断层距和地震设计分组的对应关系,进而确定强震动记录选取的初选条件。讨论了结构响应和强震动记录反应谱谱值的关系,以典型框架结构为例确定匹配周期范围。结构位移反应与强震记录反应谱相关性分析表明,两者在结构自振周期前后相关关系最为显著,距离自振周期越远的反应谱值与结构反应的相关系数越小。基于以上分析,建立了选取强震记录的基本原则:以距离和场地条件作为强震动记录选取第一限制条件。根据结构自振周期确定匹配规范标准目标谱周期范围,建议的匹配周期范围为0.4T1~1.5T1,最后由实际记录与规范标准谱在匹配周期范围内的均方差由小到大的顺序选取记录,记录的放缩系数限定在0.2~4.0之间。(3)本文基于地震动衰减关系,建立PGA目标谱并匹配目标分布的强震动记录的选取方法。对于未进行地震安全性评价,无法提出地震参数的一般建筑工程拟建场地,先利用PGA衰减关系,确定同等PGA目标值下的震级和距离,再代入加速度反应谱衰减关系,确定与PGA目标值对应的反应谱即为PGA目标谱。PGA目标谱不仅是确定的均值谱,而且具有概率含义。PGA目标谱的分布及概率特性反应了地震动的不确定性,进而为结构反应的离散性提供了一个合理的参考范围。(4)本文按场地条件和断层距将现有强震动记录数据分组,建立EPA均值目标谱。通过将EPA均值谱、PGA目标谱和规范标准谱进行比较,EPA均值谱与PGA目标谱谱形相似均具有良好谱形,匹配效果优于规范标准谱。建议规范标准谱作为强震记录选取的目标谱时,需要:(1)增加特征周期;(2)减小地震设计分组1、2组,场地类型为I类场地和II类场地的中长周期段反应谱值。(5)探讨了地震安全性评价工作中强震动记录的选取,结合不同等级的工程场地地震安全性评价,提出与之相适应的强震记录选取的基本方法及原则,建议如下:(1)I级安评的工程场地,采取基于设定地震的强震动记录选取方法。首先根据设定地震确定地震参数的初选条件,然后以场地设计谱作为目标谱,匹配场地设计谱选取记录。(2)II级和III级安评的工程场地,采取建立条件均值目标谱的方法。即以场地设计谱上结构特征周期点对应的加速度反应谱值为条件,利用设定地震的震级和距离等基于加速度反应谱衰减关系建立条件均值目标谱,并采取匹配条件均值目标谱分布的方法选取强震动记录。(3)Ⅳ级安评的工程场地,根据目标PGA值,采取PGA目标谱的方法选取强震动记录。     

强震动记录选取的目标谱确定方法

在结构动力时程分析中,选取不同的强震动记录会导致结构反应的离散性。基于地震动加速度峰值及反应谱衰减关系,提出了一种新的目标谱。在现有强震动记录数据的基础上,按场地条件匹配目标谱分布进行记录选取。以7度抗震设防罕遇地震为例,将选波结果应用于一钢筋混凝土框架结构进行非线性动力时程分析,并与非线性静力推覆分析结果进行了比较。结果表明,该方法确定的目标谱较规范标准谱具有更真实的谱形,可为结构抗震设计提供参考。     

各类抗震设计规范对设计地震动时程规定的对比分析

系统介绍了国内外各类抗震设计规范和导则中关于设计地震动时程方面的规定。分别从时程分析范围、时程组数以及天然时程所占比例、设计地震动时程的峰值和反应谱特性、设计地震动时程的持时特性以及设计地震动时程的相关性等5个方面,对比了不同行业抗震设计规范中关于地震动时程相关规定的异同。以我国现行《建筑抗震设计规范》为例,给出了满足相关要求的设计地震动时程,并针对设计地震动时程确定过程中需要关注的问题进行了讨论,以期为我国地震安全性评价工作中设计反应的确定谱提供参考。     

人造地震动多阻尼反应谱拟合优化算法

在核电厂抗震设计过程中,结构的设计地震荷载首先是特定厂址地震安全性评价中给出的频域范围内的厂址包络设计谱,随后基于厂址多阻尼包络设计谱给出设计地震动时程,进而进行核电厂各抗震Ⅰ类厂房的结构响应分析.作为结构抗震分析,尤其是动力时程分析的输入数据,设计地震动时程对分析结果会有显著影响,因此设计地震动时程是否恰当直接影响核电厂的抗震分析.     

亚洲部分国家抗震设防标准的比较研究

抗震设防标准是一个国家抗震设防水平的综合体现。文中在详细研究日本、印度、土耳其、中国等亚洲8个国家建筑抗震设计规范的基础上,从场地分类、地震影响系数和设计地震反应谱几方面进行分析对比,探讨了各个国家的抗震设防标准差异。结果表明:亚洲场地分类数目为3~4类,其中宏观描述为划分类别的主要指标之一;实例计算表明中国和日本的抗震设防水平较高,韩国和土耳其的抗震设防水平较低。亚洲大部分国家建筑抗震设计规范中考虑场地条件的影响是通过调整地震动强度及地震动反应谱形状的方式来实现。文中分析结果对系统了解亚洲国家抗震设防水平具有重要的参考价值。     

关于上海市<建筑抗震设计规程>中长周期设计反应谱的讨论

在上海市地方标准《建筑抗震设计规程》（ＤＢＪ０８－９－９２）及其１９９６年局部修订增补版本中、对上海市类场地建筑结构的地震影响系数进行了特殊规定,并将结构自振 周期延长到１０ｓ,同时给出了三条加速度时程用于时程分析。本文主要针对《建筑抗震设计规程》中有关长周期反应谱部分的规定,根据国内外的研究现状,进行一些探讨,指出所提供的一条人造地震动时程和两条国外加速度记录用于上海市ＩＶ类场地长周期建筑结构的     

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。     

地震动演变功率谱模型参数的统计建模

工程上常将规范反应谱拟合的确定性取值作为地震动演变功率谱参数,这虽然便于工程应用,但同时存在明显弊端:一方面,参数并非从实测强震记录中获得,具有较强的经验性;另一方面,确定性参数生成的地震动样本过于规则,且工程特性单一,无法全面地反映地震动的随机性。为了克服上述难题,从PEER的NGAGWest2地震动数据库中筛选1 766条主轴方向的实测强震记录,并根据《中国地震动参数区划图》建议的场地类别和聚类方法划分为15组;随后,识别实测强震记录的演变功率谱参数,并结合K-S检验和BIC信息准则,确定每个参数最优概率模型;最后,根据演变功率谱参数统计建模结果,结合降维方法,生成了Ⅱ类场地与Ⅲ类场地的代表性时程。与《建筑抗震设计规范》中建议取值不同,研究参数来源于实测地震动,且具有随机性,避免地震动样本工程特性的单一化和规则化。     

输入界面对反应谱平台值的影响

为了研究输入界面对设计反应谱平台值(αmax)的影响,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应的一维等效线性化波动方法,计算了4类场地在6种不同强度的地震动输入下的地表加速度反应谱。将计算得到的地表加速度反应谱拟合成建筑抗震设计规范规定的设计反应谱的形式,分析了输入界面的改变对反应谱平台值的影响。结果发现:Ⅱ类和Ⅲ类场地在较小强度地震动输入时,输入界面的改变对平台值影响较小,在大强度地震动输入时,对平台值的影响较大;对于Ⅰ类和Ⅳ类场地,输入界面的改变对平台值的影响较小。     

软土地基深开挖对场地设计地震动的影响

本文根据南京河西地区所处的地震地质环境、地震活动环境及基岩地震动衰减规律,在场址区地震危险性分析基础上确定该地区的基岩地震动参数,并选取河西地区某个典型工程场地,根据场地上的静、动力性能参数的测试结果,进行场地上层地震反应分析,研究软土地基条件下地基深开挖场地的地震动效应及其对场地设计地震动参数的影响．文中给出了设计基准期为５０年及１００年时对应不同抗震设防水准的设计地震动参数,该结果对河西地区其它高层建筑的抗震设计也有一定的参考价值．     

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。     

澳门地区建筑物设计地震动参数研究

根据澳门地区地震环境、场地特点,利用本地区的工程地质钻孔资料和相似地区的场地设计地震动参数研究成果,结合少量工程地震钻孔剖面的土层反应分析结果,合理地确定了澳门地区不同建筑场地类别的设计地震动参数,对于Ⅱ、Ⅲ类场地,按存在或不存在成片淤泥两种情况进行了反应谱特征周期参数分组,为澳门地区一般建筑工程的抗震设计提供了参考依据。     

基于规范谱的隔震结构非弹性位移设计谱研究

随着基于性能抗震设计理论研究的兴起,位移反应谱的研究逐渐受到重视。对于具有长周期特性的隔震结构,其位移响应相对于加速度响应更加显著,有必要对隔震结构的位移响应进行研究。选取特定震源机制、场地条件、震中距和震级的60条地震记录作为外部激励,利用MATLAB编程并计算得到隔震结构的位移反应谱,通过与规范反应谱进行对比分析,探讨利用现行规范谱来预测隔震结构位移需求时存在的一些问题。考虑隔震支座力学参数、地震动特性等因素对位移反应谱的影响,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,以Eurocode8规范给出的弹性位移反应谱为基础,通过数值拟合方法建立隔震结构非弹性位移设计谱,用于预测隔震层的最大位移需求,快速确定支座类型,极大简化隔震结构设计流程。     

新区划图双参数调整对剪力墙结构土建成本的影响

考虑到《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等,2016),提出了双参数调整原则,即对场地地震动峰值加速度和反应谱特征周期进行同时调整,以确定设计地震动反应谱,这势必会增加结构的土建成本.因此,基于Ⅱ类场地,对抗震设防烈度7度(0.15 g)的剪力墙结构在不同场地...     

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。     

输入地震动相位特性对不同类别场地土层地震反应影响

以某Ⅷ度设防区基岩场地地震危险性计算为基础,拟合不同随机相位的人造地震动时程作为输入,采用一维等效线性化方法,计算了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类典型场地的土层地表地震反应。结果表明:(1)在不同地震动强度、不同随机相位基岩时程输入条件下,对不同类型场地土层地震反应计算得到的地表加速度峰值和反应谱值相对极差差别较大,地震动相位特征对土层地震反应的影响不可忽略;在反应谱特征周期2.0 s内,地表峰值和反应谱值变异系数随输入地震动强度的增大有增大趋势;(2)采用统计学方法计算给出了不同场地类别的基岩输入随机相位样本时程的必要数量,不同场地类别不同地震强度输入条件下所需要的最少样本量不同。在输入地震动强度不大(PGA0.20 g)且满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,不同类别场地至少需要15组不同随机相位的基岩时程,基本能满足均值统计要求;在输入地震动强度较大(PGA≥0.20 g),满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,至少需要30组不同随机相位的基岩时程,才能满足均值统计要求。     

隔震层的滤波效应分析

从隔震层改变地震动输入特性的角度出发,采用有限元分析软件Etabs9.7.2对某隔震建筑进行弹性时程分析,对原输入地震动及经过隔震层后的衰减地震动时程进行分析对比得出:经过隔震层的过滤作用后,衰减地震动时程的峰值加速度减小到原输入地震动峰值的1/4~1/3;衰减地震动时程的反应谱及傅立叶谱幅值均显著减小;经过隔震层后衰减地震动时程的反应谱平台段显著缩短,并且衰减地震动时程的中、高频成分含量显著减少,在隔离地震作用效果上,隔震层滤波作用与延长结构周期的反应谱原理是等效。