近断层地震动对结构抗震设计的影响研究

地震是危害人类生命财产安全最严重的突发式自然灾害之一。尤其是近10年来几次主要大地震,造成的城市基础设施破坏、人员伤亡和财产损失令世人触目惊心。历经50余年的研究,各国学者已达成共识,一致认为近断层(也称近场或近源)地震动呈现了较一般远场地     

近断层地震动对层间隔震结构动力响应影响分析

近断层地震动有着与常规地震不同的特性,对隔震结构的影响是不可忽略的。对一栋8层钢筋混凝土框架结构输入138条近断层地震记录,计算了隔震层设置在1层、4层、7层时的层间隔震结构动力响应,分析了近断层地震动特征参数与不同层间隔震结构动力响应之间的相关性,比选出与不同层间隔震结构动力响应相关性强,且能表征地震破坏作用的地震动参数,为层间隔震结构设计选用近断层地震动提供参考。     

基于多尺度分析方法的近断层地震动特性分析

近断层长周期地震动是一类较特殊的破坏性地震动.为了深入探讨近断层地震动的低频分量组成及其脉冲特性,基于小波理论中的多尺度分析方法提出了一种地震动分量分解方法,据此可将一条地震动分解成频率各不相同的多条分量.首先从频域、时域以及动态响应三个方面阐述了该分解方法的有效性和精确性.进而采用这种方法对近期12次大地震中的53条典型近断层地震动进行了分解,共获得266条地震动分量.分析了近断层地震动中的长周期分量随场地、断层距等影响因素的变化特征;再以卓越分量作为最大脉冲的简化模型,探讨了速度幅值和脉冲周期随震级、断层距的变化关系.结果表明：近断层长周期地震动主要由周期为0.2~2 s的分量组成;近断层土层场地地震动中的长周期分量比岩石场地多;在0~15 km的近断层区域,随断层距的增加,地震动中长周期分量的比重明显减小;卓越分量的速度幅值PGVp约为原始地震动速度幅值PGV的0.6倍,且两者之间具有明显的线性关系;PGVp随断层距的增大而减小,随震级的增大而增大;卓越分量周期Tp随震级的增大呈对数线性增大趋势.     

近断层地震动作用下钢筋混凝土桥墩的抗震性能

通过对满足规范延性要求的12根典型钢筋混凝土桥墩试件的线性和非线性地震反应分析，指出在近断层地震动作用下满足延性需求与延性能力比小于1.0的桥墩仍可能发生严重破坏和倒塌，若考虑桥墩的地震损伤性能，允许的延性需求与延性能力比不宜超过0.6-0.8。讨论了桥墩延性抗震设计中强度折减系数Rμ和设计基底剪力系数BSC取值问题。     

近断层地震动预测实例

利用模拟长周期地震动的显式有限元技术和并行计算技术、场地一维线性反演和等效线性化方法以及有限断层模型,针对一个具体的城市地下结构模型,本文给出了一套近断层地震动预测的方法和相应的预测结果,并与近断层地震动的特征对比,分析了预测结果的合理性。     

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

从汶川地震获取的64组近断层记录中分别选取8条典型速度脉冲型加速度记录和8条非速度脉冲型加速度记录,作为结构地震反应分析的地震动输入;选择具有不同自振特性的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.分别计算这些结构在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下的层间变形,对比研究具有不同自振特性结构的层间变形特征.     

近断层地震动作用下土质边坡动力响应研究

根据汶川地震中滑坡多沿断层分布的特点,利用FLAC有限差分软件建立了一个土质边坡动力数值分析模型,分别研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作用下边坡的动力响应.结果表明:含速度脉冲地震动对边坡的破坏作用远强于无速度脉冲地震动,且具有滑冲效应的地震动引起的边坡动力响应稍大于向前方向性效应地震动.近断层地震作用下,边坡水平方向绝对峰值加速度分布存在沿高程放大效应.具有向前方向性效应的地震动会增强边坡加速度的高程放大效应而具有滑冲效应的地震动则在一定程度上削弱了这种放大效应,且边坡中下部绝对峰值加速度值相对于向前方向性效应地震动和无速度脉冲地震动引起的绝对峰值加速度值较大.     

近断层地震动的上/下盘效应研究

近断层地震动由于其自身不同于远场地震动的特征以及对工程结构产生的严重破坏,成为近年来工程地震界的研究热点。近断层地震动的影响因素众多,除常规的震源、路径以及场地条件之外,上/下盘效应和破裂方向性效应的影响较为突出,两者对近断层地震动的峰     

近断层地震动作用下风机塔地震反应分析

为了研究近断层地震动速度脉冲及强竖向地震动对风机塔地震响应的影响,以某陆上风电场1.5 MW风机塔为研究对象开展了结构在水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动、水平与竖向地震动组合3种地震输入工况的时程分析。通过3种工况下塔顶位移时程、加速度时程、塔底剪力、弯矩及轴力的对比分析发现:近断层速度脉冲对结构塔顶水平位移、塔顶水平加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著;竖向地震动会加大结构的塔顶竖向加速度响应及塔底轴力响应;随着竖向与水平加速度峰值比增大,塔顶竖向加速度响应增大,最大轴力随着峰值比增大而增大,最小轴力随着峰值比增大而减小。此外,增量动力分析表明,采用自接触的有限元模型可以更真实地预测风机塔的失稳破坏机制。     

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

Engineering characteristics of near-fault vertical ground motions and their effect on the seismic response of bridges

A wide variety of near-fault strong ground motion records were collected from various tectonic environments worldwide and were used to study the peak value ratio and response spectrum ratio of the vertical to horizontal component of ground motion, focusing on the effect of earthquake magnitude, site conditions, pulse duration, and statistical component. The results show that both the peak value ratio and response spectrum ratio are larger than the 2/3 value prescribed in existing seismic codes, and the relationship between the vertical and horizontal ground motions is comparatively intricate. In addition, the effect of the near-fault ground motions on bridge performance is analyzed, considering both the material nonlinear characteristics and the P~? effect.     

近断层地震下楼层竖向加速度影响因素分析

现阶段基于性能的抗震设计思想不仅关注结构自身体系的安全,而且保护非结构构件在地震作用下使用功能完好.对于工业建筑结构,生产设备在地震作用下受损会影响震后功能恢复.加速度敏感型非结构构件一般采用楼层加速度指标来量化其地震损伤程度.以三个不同高度的钢抗弯框架规则结构体系为研究对象,采用与竖向目标谱匹配的近断层非脉冲和脉冲地...     

近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特征研究

采用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)非线性力学性能,建立LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型.利用叠加原理得到人工合成近断层脉冲型地震动,从实际典型近断层地震动和人工近断层脉冲地震动输入两个角度出发,以远场地震反应为参照,系统探讨了近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特点以及近断层地震动运动特征的影响规律.研究发现,近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应明显大于远场地震反应值,显著的近断层脉冲效应是隔震储罐设计不容忽视的问题.近断层地震动的PGV/PGA值是决定隔震储罐地震反应的综合指标,PGV/PGA值较大时,隔震储罐地震反应脉冲效应突出.另外,脉冲周期、脉冲参与系数以及脉冲类型也是影响LRB隔震储罐地震反应的重要因素.在脉冲参与系数越大、含有脉冲数量越多的近断层地震动作用下,隔震储罐地震反应越强烈.当脉冲周期接近储罐晃动周期时,晃动波高会出现峰值.     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

近断层速度脉冲型地震动设计谱特征研究

选取161条速度脉冲型近断层地震动记录,采用最小二乘法拟合得到近断层地震动抗震设计Newmark三联谱,研究了震级、场地和断层类型对近断层设计谱的影响。结果表明：大震（级）相比小震（级）的影响较为显著,大震（级）下设计谱具有更宽的加速度敏感区段,中长周期段内的反应谱谱值更高;在3类断层类型中,大震（级）下逆斜断层的反应谱加速度敏感区段最宽,谱值最大。对于近断层区域的结构在大震（级）下应该考虑增大特征周期并提高设计谱谱值,还应充分考虑逆斜断层等断层类型的影响。     

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩连续梁地震反应

为讨论近断层地震动下摇摆-自复位(Rocking Self-Centering, RSC)桥墩连续梁的地震反应及其抗震优缺点。基于OpenSees有限元分析平台讨论了RSC桥墩三维建模方法,通过对6个试验构件的模拟,比较模拟与试验桥墩滞回曲线、预应力筋最大应力等指标,验证了模型准确性。建立设置RSC桥墩和普通钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩的上部结构相同的两座连续梁桥,输入3组含有强速度脉冲的近断层地震波进行非线性动力时程分析,对比其抗震性能。结果表明：在0.4 g近断层地震动下,RSC桥墩与普通RC桥墩相比,RSC桥墩的最大位移角为普通RC桥墩的78.1%～97.6%,墩底曲率延性系数仅为普通RC桥墩的24.0%～34.0%,减小了桥墩的最大变形,也减轻了桥墩地震损伤,不利的一点是使用RSC桥墩会导致支座位移增大。RSC桥墩震后的残余位移较小,且预应力筋处于弹性受力阶段,为实现震后桥梁功能的快速恢复提供了条件。     

Traveling wave effect on the seismic response of a steel arch bridge subjected to near fault ground motions

In the 1990s, several major earthquakes occurred throughout the world, with a common observation that near fault ground motion (NFGM) characteristics had a distinct impact on causing damage to civil engineering structures that could not be predicted by using far field ground motions. Since then, seismic responses of structures under NFGMs have been extensively examined, with most of the studies focusing on structures with relatively short fundamental periods, where the traveling wave effect does not need to be considered. However, for long span bridges, especially arch bridges, the traveling wave (only time delay considered) effect may be very distinct and is therefore important. In this paper, the results from a case study on the seismic response of a steel arch bridge under selected NFGMs is presented by considering the traveling wave effect with variable apparent velocities. The effects of fling step and long period pulses of NFGMs on the seismic responses of the arch bridge are also discussed.     

考虑竖向地震作用的拱式廊桥的地震响应分析

本文以某大型商业拱式廊桥工程实例为依托,利用有限元软件分别建立了整桥模型和不考虑上部建筑结构的桥梁模型以及不考虑下部桥梁结构的建筑模型,并计算了各自的自振动力特性,在此基础上通过反应谱方法分析了同时考虑水平地震作用和竖向地震作用的廊桥主拱圈和上部建筑结构柱的地震响应以及不同模型计算结果的差异,以此研究桥梁结构与建筑结构的耦合作用,为廊桥的抗震设计或分析提供一定的参考依据。