绝对和相对输入能量谱对比及延性系数的影响研究

利用266条强震记录,在研究绝对输入能量谱和相对输入能量谱衰减规律的基础上,对由衰减关系所确立的两种输入能量谱进行对比分析,讨论了延性系数对这两种输入能量谱的影响. 研究发现,在弹性情况下,两种输入能量谱在周期0.5~1.0 s范围内相差不大; 在非弹性情况下 两种输入能量谱在周期0.5 s处相差不大. 周期较小时,绝对输入能量谱要大于相对输入能量谱;周期较大时,绝对输入能量谱小于相对输入能量谱. 延性系数对这两种输入能量谱影响均比较大, 对绝对输入能量谱而言,周期小于0.3 s时,随着延性系数的增大, 能量谱升高;周期大于0.3 s时,随着延性系数的增大能量谱降低. 不同延性系数的绝对输入能量谱在分界点0.3 s左右相等. 相对输入能量谱受延性系数影响与绝对输入能量谱相似, 但分界点在0.5 s左右. 与绝对输入能量谱相比, 相对输入能量谱在短周期段受延性系数的影响较大, 特别是当场地较软时更为明显.      

延性系数对SDOF体系地震能量输入历程的影响研究

文中以弹塑性SDOF体系为对象,提出将总输入能、最大瞬时输入能以及能量增长持时作为描述地震能量输入历程的三个特征参数。根据场地条件及地震动峰值速度与峰值加速度比值(V/A)双参数控制选择了不同场地条件下56条强震记录为输入,讨论延性系数的变化对这三个参数的影响。研究表明,随着延性系数的增加,总输入能量谱及最大瞬时输入能量谱在减小谱峰值的同时,谱型整体向短周期移动,形成压缩效应;弹塑性能量增长持时谱较弹性能量增长持时谱更为平滑,其谱值在统计意义上不发生变化;短周期结构延性的增大使得总输入能与最大瞬时输入能增加,但对于中长周期结构,总输入能与最大瞬时输入能随延性系数增加而减少;输入能量在时间轴上的分布模式受延性系数变化的影响不明显,能量时程增长台阶的总长度在各种延性系数条件下趋于一致。     

地震动滞回能量谱衰减规律研究

本文选用美国西部California州15次较大地震中的266条强地震动记录,利用衰减关系建立了滞回能量谱,分析了场地条件、延性系数、震级及距离等参数对滞回能量谱的影响。研究发现,场地条件对滞回能量谱影响很大,随着场地变软,滞回能量谱变大,与A B类场地相比,C类场地的滞回能量谱平均要高出70％左右,D类场地则要高出170％左右。随着延性系数的增大,滞回能量谱有增大的趋势,尤其是当延性系数由2变到4或6时更为明显,但当延性系数增加到一定程度时,滞回能量谱的差别不大,延性系数为4和6时的滞回能量谱差别不大,甚至在周期较大时,延性系数为6的滞回能量谱反而小于延性系数为4时的滞回能量谱。另外,研究结果表明,大的震级和小的距离对结构产生比较大的滞回能量需求。利用本文结果,可以估计未来地震中结构物所遭受滞回能量的大小。     

单自由度自复位体系设计能量谱研究

本文对具有旗帜型滞回模型的单自由度自复位体系提出了设计能量谱的构造方法,包括设计输入能量谱和设计滞回耗能比谱。首先按中国规范场地类别选取360条实际强震记录进行时程分析,对影响单自由度自复位体系输入能量谱和滞回耗能比谱的参数,包括地震波类型、滞回模型、阻尼比、延性系数等进行研究。在此基础上分别建议了设计输入能量谱和设计滞回耗能比谱及其曲线参数的确定方法,并与实际强震记录计算结果进行比较。结果表明结构滞回模型对能量谱影响明显;阻尼比和延性系数对输入能量谱的影响在整个周期范围内有显著差异,但均有明显的削峰作用。建议的两种设计能量谱综合考虑了结构参数、地震波参数和中国场地类别的影响,可以较好的拟合实际情况,并对弹塑性单自由度自复位体系在地震作用下的耗能需求做出较准确的估计。     

2008年汶川MS8.0地震反应谱平台值衰减特性研究

2008年汶川M_S8.0地震获得了大量的强震动记录, 为研究反应谱特征参数衰减特性提供了重要的基础资料. 本文对已知场地条件的174个台站的记录进行研究, 计算其加速度反应谱并按照最小二乘分段拟合方法进行标定, 进而拟合了反应谱平台值的衰减关系;对比分析了水平方向与竖直方向反应谱平台值的衰减特性, 提出用“平台值的场地衰减影响系数”来定量研究不同场地类型对反应谱平台值的影响, 用“衰减曲线下降速率”来定量分析不同衰减曲线的衰减速率. 通过计算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类场地的平台值场地衰减影响系数平均值分别为0.5358, 1和1.579, 且Ⅲ类场地的加速度平台值衰减曲线的衰减速率最小.      

适用于结构时程分析法的输入地震波

本文对建筑结构抗震设计时程法所需的输入地震波提出一种基于规范反应谱的、与设防烈度、场地条件、设计近震或远震、结构自振特性有关的选择原则和方法。按远、近震和四类场地标定了反应谱、延性谱和积累损伤谱。通过对六幢不同高度的剪切和弯曲型结构模型的弹塑性分析,表明离差很小。建议在进行结构时程法分析时,按地震加速度反应谱特定的分布规律选择4条加速度记录作为输入计算。两个实际的例子表明按上述方法计算的结果与按底部剪力法计算的结果基本相符。     

基于强度和延性的残余位移比谱及其影响因素分析

结构震后残余位移是抗震性能评估和地震损失评估的重要参数。文中针对理想弹塑性单自由度体系,采用与残余位移相关性最好的归一化参数定义残余位移比,通过动力时程分析建立统计平均的等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱,研究场地条件、延性系数及强度折减系数对等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱的影响,通过回归分析构建了等延性残余位移比谱和等强度残余位移比谱的预测方程。结果表明:残余位移与弹塑性谱位移的相关性较大,与弹性谱位移的相关性较小;软土场地下结构残余位移的评估需考虑场地条件的影响;残余位移比离散性受延性系数和强度折减系数影响显著。     

工程结构等延性地震抗力谱研究

研究结构的非弹性反应谱对改进现有的结构抗震设计、发展基于性态的抗震设计以及了解复杂地面运动特性与结构动力特性之间的关系具有重要的意义。利用大量的单自由度在强震记录作用下的弹塑性动力时程分析,对等延性地震抗力谱这一重要的非弹性反应谱进行了较为详尽的研究,给出了四类场地条件(基岩、硬土、一般土和软土)下的平均等延性地震抗力谱,总结了对工程结构的抗震设计和研究具有实际意义的规律和特征,并分析了场地条件、结构的延性系数以及周期等对等延性地震抗力谱的影响,提出了新的拟合公式,其成果可供抗震研究和设计直接应用。     

考虑场地类别的阻尼比修正系数研究

阻尼比修正系数B用于调整临界阻尼比不同于0．05时的反应谱值,它对减震结构、隔振结构以及弹塑性体系的简化设计与分析具有重要意义。本文按照我国现行抗震规范规定的场地分类方法,分别应用四类场地共计136条地震记录,对阻尼比为0．05、0．1、0．2、0．3、0．4、0．5的弹性单自由度结构体系的相对位移反应谱、相对速度反应谱、绝对加速度反应谱进行计算分析,从定性到定量系统研究了地震作用下场地分类、阻尼比以及结构周期对相对位移反应谱阻尼比修正系数眈、相对速度反应谱阻尼比修正系数Bv和绝对加速度反应谱阻尼比修正系数口。的影响规律,结果表明：随着阻尼比的增大,场地分类对阻尼比修正系数的影响程度逐渐增大,其中场地条件对Ba的影响更加显著,然而数据分析表明,场地条件对阻尼比修正系数最小值的影响很小。在IV场地上,阻尼对长周期结构的减震效果明显优于其它三类场地。最后通过非线性回归分析,建立了与场地类别、结构周期以及阻尼比相关的阻尼比修正系数Ba、Bd、Bv的计算公式。这部分的结果可以应用于减震结构基于．胜能的抗震设计方法中。     

弹塑性地震反应谱的长周期特性研究

在基于性能抗震设计中弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视。利用统计分析方法研究了等强度的延性需求谱和等延性的强度折减系数谱的长周期(至5 s)区段的特性,关注的重点是等位移准则和场地条件影响。给出了若干具有工程价值的结论:一是周期介于1.5Tg(地震动特征周期)和2.5 s之间的结构可近似认为等位移准则成立且与场地条件关系不大,这样确定的强度折减系数当位移延性系数小于等于4时结果将是偏于安全的;二是结构周期大于2.5 s后以硬土场地等延性强度折减系数谱或等强度延性需求谱代替软土场地谱求解系统强度需求或延性需求,将会得到偏于安全的结果。     

Study on comparison between absolute and relative input energy spectra and effects of ductility factor

Introduction Estimation of an attenuation relationship for strong ground motion parameters has been an interesting research subject in the field of engineering seismology and has played a very important role in seismic safety evaluation, seismic zoning, seismic hazard evaluation of major constructions, etc. At present, the generally used parameters include peak acceleration, peak velocity and elastic response spectrum. Such parameters mentioned above are essentially independent of the duration…     

考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据. 本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点,应用823条国内外水平向地震动记录（充分利用了我国取得的强震记录）,给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型,研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响. 结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的,特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响;设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素,在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响;震级对强度折减系数的影响较小;如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响,震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.      

Study on strength reduction factors considering the effect of classification of design earthquake

Introduction The strength reduction factor is defined as the lateral yielding strength required to avoid yielding in the system when subjected to a given ground motion, to the lateral yielding strength required to maintain the displacement ductility ratio demand equal to a pre-determined target duc-tility ratio under the same ground motion. The strength reduction factors are not only the key fac-tors in determining seismic action for force-based seismic design, but also one of the key parame-t…     

考虑场地条件与设计地震分组的输入能量谱研究

建立简单适用的设计输入能量谱是将能量方法应用于实际工程设计及校核的前提.选择了Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地共694条水平地震动记录,分析了不同的场地类别和设计地震分组下输入能量谱的特点.通过12个不同地震动参数与能量谱值的相关性分析,得到了表征地震动输入能量的地震动参数.基于我国现行规范规定的设防烈度和设防水准,提出了地震分组...     

Establishing absorbed energy spectra—an attenuation approach

For energy‐based seismic design, energy demand in the form of absorbed energy spectra was established by an attenuation relationship. The absorbed energy is proposed for evaluating the energy demand in an inelastic system because the absorbed energy is directly related to the pseudo‐velocity in the elastic case. Based on a total of 273 ground motion records from 15 significant earthquakes in California, an attenuation relationship of the absorbed energy was established from a two‐stage non‐linear regression analysis. This relationship was established for a given earthquake magnitude, source‐to‐site distance, site class, and ductility factor. A similar expression for the normalized absorbed energy was also developed. This study showed that the absorbed energy for near‐field ground motions can be significantly larger than that predicted by the attenuation relationship for normal ground motions. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

HORIZONTAL-TO-VERTICAL SPECTRUM RATIO OF EARTHQUAKE GROUND MOTION FOR SITE CHARACTERIZATION

Nakamura's method, which uses a horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratio of microtremor, has become popular to determine the predominant period and amplification of a site. In this study, this method is extended for earthquake ground motion recordings using new strong motion data recorded by JMA-87-type accelerometers. From the analysis of these accelerograms, horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratios of a site for different earthquakes are also found to be stable irrespective of magnitude, distance and depth. To establish this fact, attenuation relations of velocity response spectra for horizontal and vertical components are derived for three damping ratios (0, 2 and 5 per cent) using the JMA data. Then the horizontal-to-vertical ratios of the velocity response spectra are obtained. The results show that the horizontal and vertical velocity response spectra are dependent on magnitude, distance and depth, but that their ratios are almost independent of magnitude, distance and depth. However, since the current data set consists of mostly intermediate to far field data, this observation should be limited to records of these distance ranges. Introducing station coefficients, representing site amplification, to this relation yields the value comparable to the horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratio at a specific site. The stability of the spectrum ratio is explained by the transfer function between the ground surface and stiff-soil outcrop due to S-wave propagation. These results suggest that site amplification characteristics can be evaluated by one-point two-component surface recordings of earthquake ground motion, in a similar manner as proposed by Nakamura for microtremor. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Simulation of synthetic ground motions for specified earthquake and site characteristics

A method for generating a suite of synthetic ground motion time‐histories for specified earthquake and site characteristics defining a design scenario is presented. The method employs a parameterized stochastic model that is based on a modulated, filtered white‐noise process. The model parameters characterize the evolving intensity, predominant frequency, and bandwidth of the acceleration time‐history, and can be identified by matching the statistics of the model to the statistics of a target‐recorded accelerogram. Sample ‘observations’ of the parameters are obtained by fitting the model to a subset of the NGA database for far‐field strong ground motion records on firm ground. Using this sample, predictive equations are developed for the model parameters in terms of the faulting mechanism, earthquake magnitude, source‐to‐site distance, and the site shear‐wave velocity. For any specified set of these earthquake and site characteristics, sets of the model parameters are generated, which are in turn used in the stochastic model to generate the ensemble of synthetic ground motions. The resulting synthetic acceleration as well as corresponding velocity and displacement time‐histories capture the main features of real earthquake ground motions, including the intensity, duration, spectral content, and peak values. Furthermore, the statistics of their resulting elastic response spectra closely agree with both the median and the variability of response spectra of recorded ground motions, as reflected in the existing prediction equations based on the NGA database. The proposed method can be used in seismic design and analysis in conjunction with or instead of recorded ground motions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征

显著的竖向地震动是近断层地震动区别于远场地震动的重要特征之一,为更合理地确定竖向地震动作用,研究了近断层区域竖向地震动的反应谱特征及其与水平向反应谱比值的影响因素.首先,选取1952—1999年世界范围内震级在M5.4—7.6之间的18次地震的地震动记录,研究竖向地震加速度反应谱及其与水平向加速度反应谱比值特征;然后统计分析了断层距、场地条件、震级以及断层机制对竖向与水平向加速度反应谱比的影响.结果表明,一般情况下竖向加速度具有更丰富的短周期分量,并且竖向加速度反应谱衰减较慢;断层距在20km以内的近断层区域、软弱土层场地、中等震级地震和逆断层大震级中长周期范围等条件下,具有较大的竖向与水平向加速度反应谱比值;在近断层区域的结构抗震设计中应充分考虑竖向地震动的影响.