不同场地条件下的土层地震反应对比分析

选择新疆地区的地震动衰减关系,采用概率方法计算了位于同一构造区的两个场地(A场地和B场地)的地震危险性,两个场地以基岩峰值加速度为标志的场地地震危险性结果相近。通过现场勘察与检测,场地A与场地B均为岩性不同的两个一元结构,岩性分别以砂砾石和粉土为主。采用一维土层反应等效线性化的计算方法得出场地A和场地B的土层反应。通过地震反应谱的特征分析,表明硬场地和软场地的强度和周期(或频率)特征是不同的,同时讨论了它们测试与判定中存在的问题。     

基于等效线性化方法的一维土层地震反应通用计算程序对比

基于等效线性化的一维土层地震反应计算是目前国内外普遍采用的方法,国外的SHAKE91、DEEPSOIL和我国的LSSRLI-1即是根据这一方法编制的通用计算程序。本文采用这3个程序进行了不同地震波、不同输入地震动幅值下不同场地类型的土层地震反应计算,并对三者的结果进行了全面的比较分析。结果表明:①SHAKE91和DEEPSOIL程序的计算结果完全相同;②当土层最大剪应变均采用时域计算时,LSSRLI-1程序的计算结果与SHAKE91和DEEPSOIL程序基本相同,但有微小差别,其原因是:在基于等效剪应变通过离散形式的剪切模量和阻尼比随等效剪应变变化的关系曲线确定等效剪切模量和阻尼比时,DEEPSOIL和SHAKE91采用的插值方法与LSSRLI-1不同;③当LSSRLI-1程序采用频域经验关系计算土层最大剪应变时,特别是在强地震动输入下得到的土层地表加速度峰值和加速度反应谱与另外两个程序的计算结果有差别,且土层最大剪应变随着输入加速度的增大出现较大的差别。因此,本文建议:当采用LSSRLI-1程序计算土层地震响应时,应使用程序中的时域解方法代替以往默认的频域经验关系方法。     

硬场地实测记录下几种土层地震反应分析程序可靠性对比

以日本KiK-net强震观测台网中硬场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法LSSRLI-1（频域）、SHAKE2000,时域非线性方法DEEPSOIL和频域一致等效线性化方法SOILQUAKE等几种计算程序在硬土场地地震反应分析中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05g的水平硬场地的总计344台次的加速度记录,涉及5个台站,土层厚度6~50m,地表峰值加速度范围0.050~0.805g。结果表明:认为硬土场地以往计算方法能够体现土层放大的认识是片面的,在中强地震动情况下,现有流行方法计算出的地表响应会偏小,强地震动下会严重偏小,会给工程抗震设计提供偏于危险的输入;硬场地中烈度8度以下（地表PGA在0.19g以下）,SHAKE2000和DEEPSOIL、LSSRLI-1（频域）计算结果与实际记录差距可以接受,但烈度8度以上,计算出地表响应均较实际记录明显偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大;硬场地中,无论何种烈度,SOILQUAKE16计算的地表加速度响应与实测相当,可体现出土层放大作用。     

弱非线性下两种程序对不同类别场地地震反应的对比

一维等效线性化土层地震反应分析程序的代表有LSSRLI 1与SHAKE2000。LSSRLI 1是我国地震安评工作中推荐使用的程序,代表20世纪80年代的国际先进水平,而目前代表国际先进水平是SHAKE2000。针对等效线性化程序存在的不足,有必要对LSSRLI 1进行改进。为了寻找LSSRLI 1与SHAKE2000之间的差异,通过建立Ⅰ至Ⅳ类场地的土层剖面模型,对比分析两程序的计算结果,得到在不同场地条件下两程序的差异情况以及这些差异的变化规律。结果表明,Ⅰ、Ⅱ类场地中两程序计算结果差异不大,Ⅲ、Ⅳ类场地中两程序计算的PGA、反应谱与剪应变结果差异较大。初步分析可知,剪应变相对差与PGA、反应谱、剪切模量相对差存在相关性,通过修正剪应变的计算可以缩小LSSRLI 1结果与SHAKE2000结果的差距。     

弱非线性下两种程序对不同类别场地地震反应的对比

一维等效线性化土层地震反应分析程序的代表有LSSRLI 1与SHAKE2000。LSSRLI 1是我国地震安评工作中推荐使用的程序,代表20世纪80年代的国际先进水平,而目前代表国际先进水平是SHAKE2000。针对等效线性化程序存在的不足,有必要对LSSRLI 1进行改进。为了寻找LSSRLI 1与SHAKE2000之间的差异,通过建立Ⅰ至Ⅳ类场地的土层剖面模型,对比分析两程序的计算结果,得到在不同场地条件下两程序的差异情况以及这些差异的变化规律。结果表明,Ⅰ、Ⅱ类场地中两程序计算结果差异不大,Ⅲ、Ⅳ类场地中两程序计算的PGA、反应谱与剪应变结果差异较大。初步分析可知,剪应变相对差与PGA、反应谱、剪切模量相对差存在相关性,通过修正剪应变的计算可以缩小LSSRLI 1结果与SHAKE2000结果的差距。     

非线性土层地震反应分析的一种方法

本文利用作者给出的土的剪切动力本构关系的动态骨架曲线模型,结合显式差分数值逐步积分方法,给出了一种分析非线性土层地震反应的方法。反应计算中,地震效应视为基底剪切波垂直入射,且考虑了上部土层中能量向弹性基底辐射的效应。文章最后给出了本方法应用的一个算例,并给出了相应的等效线性化方法的计算结果。     

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.     

地形效应对于核电场地地震反应分析影响研究

目前,在进行核电场地安全性评价时,主要采用一维等效线性化程序LSSRLI-1,而一维等效线性化方法在考虑地形效应时有很大的局限性,特别是在研究场地地形效应的影响时偏差较大。对于抗震设计要求远高于一般建筑的核电站来说,选用合适的方法进行二维建模分析是非常必要的。选取了某核电场地典型剖面15个钻孔资料,在MIDAS二维等效线性分析环境下进行了建模,并选取了以年超越概率10^-4合成的地震动中10条最大样本时程作为基底输入进行分析。通过与LSSRLI-1的计算结果进行对比,研究了地形效应对地表和核岛基础处（8.5m）加速度反应谱的影响,并提出了设计建议。分析得出:二维分析中地形效应对地表加速度最大值反应谱的双峰形态影响较大,并且计算结果对AP1000谱的超越情况有所变化;对核岛基础处（8.5m）峰值加速度的影响程度比地表要小,没有表现双峰形态变化较大的形态。     

苏通大桥南引桥场地土层地震反应的数值分析

针对苏通引桥建设的实际背景和软弱地基的特点,利用二维有限元整体分析法,对其场地进行了地震反应数值分析。采用等效线性化模型描述土的非线性性质,研究了基岩在一致输入及采用不同行波输入下的场地地震反应特点。计算结果表明,不同的行波速度和行波输入方向,对地表加速度以及相对位移的峰值和相位均有不同程度的影响,对于重要结构来说进行多点地震波输入下的地震反应分析,有助于科学合理地确定结构的地震动输入模式。     

用于土层地震反应计算的绘图软件包

详细地介绍了作者编制的用于对土层地震反应计算的原始数据和计算结果进行了图形 制的软件包。该软件包采用多级菜单提示，将数据组织，图形显示，高精度图形打印输出合为一体，适用于ＩＢＭ各种微机机型和兼容机，以及现有的多种针式，激光，喷墨打印机和部分绘图仪，可广泛应用于工程地震和地震工程的研究。     

典型土层场地随机地震反应规律分析

针对硬、中、软3种土层场地,选取历史上实测到的Ⅰ类和Ⅱ类场地的地震动记录各100条,分别调整地震动记录加速度峰值至0.1g、0.2g和0.3g,并采用一维等效线性化方法开展了场地随机地震反应研究,系统分析了地震动峰值加速度、速度和位移反应的变异性规律。主要结论为,位移和速度峰值的变异性随场地土变软而增大;位移和速度峰值变异性较加速度峰值的变异性更为突出;利用50条左右的地震动记录即可获得场地地震反应均值和标准差较为稳定的结果。     

回填土不确定性对场地地震反应的影响

选取某核电场地控制性钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变回填土剪切波速,分析了回填土不确定性对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在回填土层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表的水平向峰值加速度随着回填土剪切波速的增大而减小,但水平向峰值加速度增幅逐渐减小;回填土剪切波速到达一定的波速就不再影响地表水平峰值加速度;随着回填土剪切波速的增加,整个反应谱的谱值都普遍减小。     

天津地区覆盖层土动力学参数统计分析

收集天津地区近年来有代表性的具有完整土动力学参数作为实验数据的地震安全性评价报告66份,用两种统计方法按不同深度统计分析粉质黏土、黏土、粉土、砂土、淤泥质土等的实测土动力学参数,给出动剪切模量比和阻尼比平均值。选取2个典型工程场地,构建土层分析模型,进行土层地震反应分析计算。结果表明,本文得到的统计2值在天津地区具有一定的代表性和适用性,与实测值结果更为接近。对于获得原状土样困难的场地,特别是对于较薄的夹层土,可参照统计2结果进行分析计算。     

基于实际记录的现有等效线性化分析程序对比研究

根据我国建筑抗震设计规范中场地的分类原则,确定日本KiK-net中台站的场地类别。运用SHAKE2000和LSSRLI-1对不同类别场地的峰值加速度、反应谱、剪应变等进行计算,给出Ⅰ~Ⅳ类场地的计算结果,并将计算结果进行汇总后进行对比分析,得到不同场地条件下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果的差异以及计算结果与实测记录之间的差别。研究表明,土的动模量比、阻尼比的非线性以及场地类型对计算结果影响较大,Ⅰ、Ⅱ类场地中大多数情况下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果相差不大;Ⅲ、Ⅳ类场地中多数情况下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果相差不大。以实测记录为基准,SHAKE2000结果好于LSSRLI-1计算结果,特别是对于Ⅲ、Ⅳ类场地中,土体为强非线性工况而言,SHAKE2000结果要明显好于LSSRLI-1计算结果。初步分析表明,SHAKE2000与LSSRLI-1计算结果差异来自于计算剪应变的不同。     

南海岛礁场地地震稳定性研究中的关键问题探讨

目前我国针对陆域地区的建筑物和构筑物已建立了比较完备的抗震设计理论和技术体系,但对于海洋工程的抗震研究工作开展得不充分,尤其是海洋岛礁场地的地震反应分析尚属空白。伴随着近年来我国南海地区的迅速开发建设,有必要对南海岛礁的地震危险性分析和抗震设计展开研究。介绍南海岛礁场地的特殊工程地质条件和地震活动性特征,通过比较目前国内外常用的场地地震反应分析方法,针对岛礁这一特殊工程地质体,提出岛礁场地地震反应分析中需要考虑的四个显著因素,包括(1)南海岛礁体的特殊地形;(2)南海岛礁特殊的岩土工程材料;(3)海水-岛礁体动力相互作用;(4)南海地区海底输入地震动的确定,并探讨解决这些问题的思路。为分析地震作用下岛礁场地的稳定性、场地反应分析提供研究思路,同时为南海岛礁建设中的地震危险性分析提供参考。     

多点输入条件下的土质边坡地震反应

以二维土质边坡模型为例,地震输入方式分别采取单点输入和多点输入,考虑其土层地震反应、主应力极值等特征,分析单点、多点输入的差异;在此基础之上,探讨单点输入与多点输入下坡高、坡角的变化对土质边坡模型安全系数的影响。结果显示,在地震工程抗震设计时采用多点输入比单点输入更加安全、更符合实际情况。     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

最小剪力系数及其调整方法对超高层建筑地震响应的影响

超高层结构地震剪力响应由振型分解反应谱法得到的结果经常不能满足规定的最小剪力系数要求。为此,文章简述剪力系数的概念和调整方法,以具有不同剪力系数的两个模型对比分析结构弹性、弹塑性地震响应差异,探讨剪力系数对超高层结构地震响应的影响。以通过强度和刚度调整使最小剪力系数满足规范要求的两个模型,分析不同调整方法引起的结构响应的合理性。结果表明:满足最小剪力系数的结构的弹性基底剪力大、层间位移角较小,结构的弹塑性位移响应也较小,受力状态优于不满足最小剪力系数的结构,安全性得到了提高。结构弹性倾覆力矩需求和弹塑性基底剪力按刚度调整大于按强度调整;结构弹塑性最大顶点位移和层间位移角响应相差不大,但出现刚度大\,层间位移角也大的与抗震理论相悖的情况;在满足抗震要求的情况下,构件的受力状态则是按强度调整更优,构件截面更加经济合理。     

南京江心洲大桥主桥的地震反应谱分析

以南京江心洲大桥主桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该独塔自锚式悬索桥的三维有限元模型,采用子空间迭代法对该桥模型进行了自振特性的分析,在其中考虑了几何非线性的影响。对该桥模型进行模态分析。在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向、竖向、纵向＋竖向以及横向＋竖向的地震响应,并针对其主要截面位置进行分析。结果表明,横向地震下的塔底应力比纵向、竖向输入下大,竖向地震作用下主梁地震应力要比横向、纵向地震作用下的大,塔顶位移在纵向＋竖向地震动输入时的位移值最大等。研究结果对同类桥型的工程抗震研究具有参考意义。