基于瞬时谱匹配的地震波选波方法及应用

地震波输入对结构非线性响应具有重要影响,选取合适的地震波输入计算是保证结构时程分析响应结果准确的首要条件。文章通过对比地震波瞬时谱的模型化方法,优化并提出可以考虑地震波时频特性的选波方法,并与《建筑抗震设计规范》方法进行对比分析。结果表明：匹配瞬时谱的选波方法可以有效地控制所选地震波的时、频域差异性,降低结构时程分析响应离散度,可为工程选波提供依据。     

基于能量反应的地震动输入选择方法讨论

输入地震波的合理选择是影响结构时程分析结果可信度的重要因素。已有的最优双指标选波方案没有考虑地震动的持时和能量分布的影响。文中考虑地震动持时这一影响结构弹塑性反应的重要因素,以抗震结构的能量反应规律为基础讨论输入地震波选择问题,建议以地震动弹性总输入能反应作为补充指标的选波方案。     

基于小波变换的长周期桥梁选波方法研究

时程分析输入地震波的选取对长周期大跨度桥梁影响显著。本文基于规范目标谱,以MATLAB为依托,通过选取最优小波基并利用小波系数迭代法实现频域调整,使地震波反应谱不断逼近给定目标谱,最后结合相对误差和长周期拟合参数两个指标进行综合评价,选取适用于长周期大跨度桥梁的时程分析地震波,提出长周期桥梁全过程批量选波方法。将该方法应用于奉节长江大桥,与基于时域调整方法的Seismo Match选波软件对比选波效果,并将选波结果应用于背景桥梁的时程分析。结果表明,利用本文选波方法所得结构关键截面响应与软件选波所得响应在横桥向和竖桥向存在一定差异。本文方法可为长周期大跨度桥梁时程分析选波提供参考。     

隔震结构地震波选择方法研究

隔震结构的设计一般是采用时程分析算法进行的,故选择合适的地震波十分重要。而目前设计人员往往依据隔震前模型进行隔震设计,存在一定的不合理性。本文依据隔震前和隔震后两种不同的选波模型和对地震波反应谱控制频段的不同提出三种选波方案:方案一为对所选地震动的加速度反应谱在场地特征周期Tg附近的平台段和隔震前结构基本周期T1a所在下降段的控制;方案二为对在Tg附近的平台段和隔震后结构基本周期T1b所在下降段的控制;方案三为对所选地震动的加速度反应谱在Tg附近的平台段和隔震前、后两结构基本周期段的分别控制。通过对某五层混凝土框架隔震结构分别输入三种方案所选的20条地震动记录,对比隔震结构的水平向减震系数的离散性,分析罕遇地震作用下支座位移的合理性,证明方案三可以取得最优的计算结果,并提出一种基于规范设计反应谱不同频段的三频段控制选波方法。此外选取5个不同结构形式的工程算例验证三频段控制选波方法对于一般结构的适用性。     

地震动的小波分析技术在高层结构抗震设计中的应用研究

利用具有良好时频局部化性质的小波基函数时频分析真实地震动,提出一种可行的基于小波分析法调整地震动的方法。实际地震波(El Centro波和TH2TG055波)经过调幅、小波变换和标准反应谱拟合得到调整后的地震波,将其输入到拟建结构模型中进行地震反应分析,对比层间剪力、层间位移及层间位移角等几方面的计算结果,表明选取小波分析后的地震波作为结构时程分析输入能够得到比较准确的数值,满足结构抗震设计的需要,在工程应用方面具有一定的应用参考价值。     

目标谱选波方法在算术与对数坐标下的差异分析

目前时程分析选波常采用目标谱法,即选择反应谱与目标谱有较好匹配的地震波。目前为止,关于在谱匹配中采用不同的坐标体系会给地震波缩放以及时程分析结果造成的差异性影响,还鲜有相关研究结果。本文旨在对比分析谱匹配中反应谱与目标谱采用算术值(算术坐标下ASM方法)和对数值(对数坐标下LSM方法)所得结构非线性时程分析结果的差异。以美国SAC Steel Project提出的3层、9层和20层钢框架结构为实例,以该计划提出的代表3种超越概率(即50年超越概率50%、10%和2%)的各组地震波平均反应谱作为目标谱,以这3组地震波(每组20条波)时程分析所得最大层间位移角的算术均值和几何均值作为目标反应,以简单地震信息初选的小型地震波数据库(共40条波)作为备选波,将ASM和LSM方法优选出的7条地震波所得时程分析结果进行了差异性分析。研究表明, LSM方法所得地震波的缩放系数明显大于ASM方法,并且地震波的排序即选择结果也存在一定差异。ASM和LSM方法对结构反应均值(算术均值和对数均值)估计的准确度均控制在±20%以内,但LSM方法所得结构反应更大。LSM方法在降低结构反应离散性方面较ASM方法更有优势,且对于较长周期结构(如20层结构)及结构非线性程度较高(如50年超越概率10%、2%)时,这种优势会更为凸显。     

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。     

地震安评中天然地震波选取方法研究

近年来工程场地地震安全性评价工作日趋规范化,安评相关方法与技术也在不断的发展与完善.而超高、超限等复杂结构类型越来越成为城市建筑建设重点,根据《建筑抗震设计规范》要求,此类建筑在抗震设计工作中需要进行时程分析,时程分析输入地震动的选用需考虑与规范反应谱在"统计意义上相符".在总结常用选择方法的基础上,提出一种新的选波思路,即按照安评结果反应谱作为目标反应谱,基于强震记录数据库,利用PEER强震记录数据库及搜索平台,寻找最优匹配天然地震波,作为结构时程分析输入地震波,通过实例对比分析,该方法选取的地震波在结构时程分析中具有良好的适用性.     

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。     

几条地震波的归一化时-频反应谱分析

时-频反应谱是地震动幅值、频谱和持时三要素构成的空间三维谱.基于此,本文提出归一化时-频反应谱定义与计算方法,计算三条典型地震波的归一化时-频反应谱,对比分析表明:不同地震记录的时-频反应谱的幅值在时间和周期两个轴上的分布差别很大,具有不同时-频反应谱的地震波可能对结构地震响应产生不同影响;对12层钢筋混凝土框架结构模型进行弹塑性时程分析,通过结构地震反应、结构损伤曲线与输入地震动的归一化时-频反应谱对比,发现结构最大反应并不一定是造成结构倒塌的直接原因,用结构弹性阶段反应最大值进行抗震设计存在一定局限性,从而证明归一化时-频反应谱可有效用来分析地震动特性和结构破坏机理.     

含流体层的河谷场地对地震波散射的间接边界元法模拟

结合单相介质动力格林函数和流体域格林函数,将间接边界元方法拓展到含流体层河谷对地震波散射的求解,并结合具体算例进行大量参数分析。研究结果表明,含流体层河谷地形对平面P波、SV波入射时的地震响应受控于入射波频率、入射波角度及流体深度等多种因素。总体来看:① 在低频域内,含流体河谷底部及附近地表的频谱特性与不含流体的河谷反应基本一致;② P波入射时在水层体系共振频率处,河谷底部位移缩小效应显著,而此频率处流体表面位移达到最大;③ 流体层具有吸收地震波能量的作用,流体深度越大,河谷表面及附近地表的地震动位移越小。研究成果可在一定程度上为河谷地形附近地震动效应的评估及防震减灾工作提供理论依据。      

唐山地区强震动记录的应用研究初探

本文给出了唐山地区强震动记录应用研究的两个实例,提出了建筑结构采用时程分析时选用强震动记录的原则和方法,通过对唐山地区强震动记录的分析处理,得到了其峰值加速度及加速度反应谱,确定了本地区进行弹性时程分析时选用的强震动记录;研究了局部场地条件对地震动影响的唐山响堂三维强震动观测台阵,以唐山响堂台阵2号测井(地下32m)的基岩强震动作为输入,通过2号测井的土层剖面,利用2个一维土层地震反应分析程序,分别计算得到地表的峰值加速度和加速度反应谱,并把计算结果与同次地震相应的地表强震动记录峰值加速度与加速度反应谱进行了对比分析。     

Modal-based ground motion selection procedure for nonlinear response time history analysis of high-rise buildings

The selection of representative input ground motions (IGMs) is important for a proper nonlinear response time history analysis (NLRHA) of modern structures. The prevailing IGM selection procedure requires that the response spectra of selected ground motions are matched with the code-specified design spectra, while the effect of the frequency contents combination in the time domain on the multimode interactions is not considered. Ignoring the effect of the frequency contents combination in the time domain of IGMs may cause significant variations in the analysis results for selected IGMs, although they are matched to the same design spectrum. In this paper, a modal-based ground motion selection (MGMS) procedure is proposed as a supplement to spectrum matching-based IGM selection procedures for selecting proper IGMs that can sufficiently induce the multimode interactions. In the proposed procedure, three equivalent single-degree-of-freedom (ESDOF) systems are developed by pushover analysis. NLRHA is then conducted for these ESDOF systems with a set of 20 seed IGMs chosen by the spectrum-matching–based selection procedure. Finally, seven IGMs are selected from the seed IGMs for NLRHA in the full structural model. To verify MGMS, seismic demands of high-rise buildings were computed by NLRHA with seven MGMS-selected IGMs, seven IGMs with closest spectrum matching, and groups of seven randomly selected IGMs derived from three different sets of 20 seed IGMs. The computed seismic demands with MGMS-IGMs show very good agreement with the mean demands determined using the whole set of seed IGMs, while the deviation is much lesser compared with those groups of randomly selected IGMs.     

Amplification of in-plane seismic ground motion by group cavities in layered half-space (Ⅰ)

Amplification of in-plane seismic ground motion by underground group cavities in layered half-space is studied both in frequency domain and time domain by using indirect boundary element method (IBEM), and the effect of cavity interval and spectrum of incident waves on the amplification are studied by numerical examples. It is shown that there may be large interaction between cavities, and group cavities with certain intervals may have significant amplification to seismic ground motion. The amplification of PGA (peak ground acceleration) and its PRS (peak response spectrum) can be increased up to 45.2% and 84.4%, for an example site in Tianjin, under the excitation of Taft wave and El Centro wave; and group cavities may also affect the spectra of the seismic ground motion. It is suggested that the effect of underground group cavities on design seismic ground motion should be considered.     

基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究

面向海域工程抗震设计及评估对海底地震动的需求,基于日本相模湾海域K-NET的ETMC海底强震动记录,根据震级、震中距选取面向工程输入的949组地震动记录数据库。在考虑震源类型差异的基础上,对地震动峰值、持时、频谱等参数进行分析,通过反应谱、Arias烈度等指标描述典型海底地震动特征。根据峰值加速度、显著持时等强度指标对海底地震动记录进行排序,给出基于不同地震动特征分类下的典型地震动记录。推荐的海底地震动可为考虑不同结构需求参数的典型海域工程结构时程分析提供输入地震动。     

高层建筑时程分析中地震动时程选择和修改方法研究

合理的地震动时程选择与修改方法对于高层结构的抗震设计具有重要意义,有着广泛的工程应用.本文回顾了建筑抗震设计规范对于输入地震动时程的规定,通过对现有的地震动时程选择与修改方法进行分类和定性分析,挑选了两种与规范要求衔接较好的方法.结合具体算例对两种方法进行了定量分析,结果表明以安评设计谱作为选择指标,利用最小二乘法对选择的地震动时程进行修改,可以得到离散较小且符合规范要求的地震动时程,该成果能够在现行规范要求下为结构的抗震设计提供合理可靠的依据.同时,本文也对未来地震动时程选择与修改方法的研究和发展方向进行了展望,指出条件均值谱和非弹性反应谱将是该领域未来主要的研究方向.     

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。