轨道交通地下结构抗震设计相关反应加速度法分析

通过梳理轨道交通地下结构抗震设计流程,明确抗震设计方法选择的原则和依据。在阐明反应加速度法基本原理基础上,引出土层地震反应分析的一维等效线性化法,并对影响土层地震反应计算结果关键参数进行讨论。针对一维土层地震反应得到的加速度时程提出合理拟合抛物线型二阶基线方程,可以消除加速度时程长周期随机分量引起的漂移问题,经自然积分可以得到消除基线漂移的位移时程;同时阐明数值分析软件Origin Pro有效解决积分得到位移时程的基线漂移问题并得到合理位移分布的途径和方法。以北京地铁3号线体育中心站为例,详细说明反应加速度法相关各个技术环节实现的方法和结果,并指出反应加速度法或位移法所依据的土层地震反应分析和位移时程的确定具有较强专业性,应做专项咨询分析工作;只有一维土层地震反应分析获得的加速度反应谱及时程客观合理,有限元计算所需相应地震动水平的等效剪切模量才可信;积分得到的位移时程需要有效消除基线漂移影响。只有上述相关结果真实客观可信,有限元计算结果才能模拟真实的土层-地下结构地震反应。     

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。     

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。     

Site response in the Qionghai Basin in the Wenchuan earthquake

Amplification effects of soil site response can significantly impact ground motions, and must be considered in the seismic fortification of buildings/structures to prevent or mitigate this potential seismic hazard. Utilizing acceleration time histories from the main shock of the Wenchuan earthquake recorded at four stations (i.e., one on bedrock and three on soil) in the Qionghai Basin, the site responses from three soil sites are studied by using the traditional spectral ratio method. The bedrock site is selected as a reference site. This study found that peak ground accelerations (PGAs) on the soil sites are much larger than on bedrock, with EW, NS and UD components of 3.96–6.58, 6.27–10.98, and 3.17–6.66 times those of the bedrock site, respectively. The amplification effects of the soil sites on ground motions in the frequency range of 0.1 Hz to 10 Hz are significant, depending on the thickness of the soil layer and the frequency content of the site. A significant amplification occurs with high frequency components of ground motion at shallow soil sites, and low and high frequency components of ground motion at intermediate soil sites.     

A centrifuge study of the influence of site response,relative stiffness,and kinematic constraints on the seismic performance of buried reservoir structures

The seismic performance of underground reservoir structures depends on the properties of the structure, soil, and ground motion as well as the kinematic constraints imposed on the structure. A series of four centrifuge experiments were performed to evaluate the influence of site response, structural stiffness, base fixity, and excitation frequency on the performance of relatively stiff reservoir structures buried in dry, medium-dense sand. The magnitude of seismic thrust increased and the distribution of seismic earth pressures changed from approximately triangular to parabolic with increasing structural stiffness. Heavier and stiffer structures also experienced increased rocking and reduced flexural deflection. Fixing the base of the structure amplified the magnitude of acceleration, seismic earth pressure, and bending strain compared to tests where the structure was free to translate laterally, settle, or rotate atop a soil layer. The frequency content of transient tilt, acceleration, dynamic thrust, and bending strain measured on the structure was strongly influenced by that of the base motion and site response, but was unaffected by the fundamental frequency of the buried structure (f_structure). None of the available simplified procedures could capture the distribution and magnitude of seismic earth pressures experienced by this class of underground structures. The insight from this experimental study is aimed to help validate analytical and numerical methods used in the seismic design of reservoir structures.     

Analytic solutions for soil-structure interaction in layered media

The total system studied in this paper is a layered soil stratum with a rigid bedrock and a cylindrical cavity on the surface. Analytic solutions for the layered medium with prescribed harmonic displacement time history on the surface of the cylindrical cavity are presented. The whole soil domain is divided into interior and exterior domains. The interior domain is the projection of the cylindrical cavity down to the rigid bedrock, whereas the exterior domain is then the soil medium complement to the interior domain. The displacement and stress fields in both domains are expanded as an infinite series of Fourier components with respect to the azimuth. For each Fourier component in the infinite series, the solutions for both domains are found independently by solving the general differential equations of wave propagation satisfying the boundary conditions of the top surface and the lower rigid boundary. Displacement and stress continuity conditions are then imposed on the vertical interface between the two domains using the formulation of a weighted residual. For the soil-structure interaction problem, the impedance matrix at the interface between the structure and the soil medium can be easily generated using the analytic solutions, which can then be combined with the finite element model of the structure. A simple example is presented to demonstrate the effectiveness of the procedure presented.     

软土隧道基于地震响应的输入地震动排序

为探讨“最不利地震动”概念在地下结构抗震设计中的适用性,以软土地铁区间隧道为对象建立相应的地层-结构动力分析模型。以直径变形率为分析指标,基于动力时程方法研究18条不同输入地震动作用下隧道结构动力响应的分布及差异性,得出基于隧道地震响应的输入地震动排序,并通过调幅手段对比分析了地面峰值加速度（PGA）和隧道埋深变化对隧道结构地震动响应排序的影响规律。最后,评价了不同输入地震动参数,包括峰值加速度、峰值速度、峰值位移、绝对累积速度（CAV）和阿里亚斯（Arias）强度（I_A）与隧道地震响应之间的相关性。分析结果表明:① 随着PGA从0.5 m/s2增加到2 m/s2,地震动排序发生明显变化,并且不同输入地震动引起的隧道地震响应差异显著提高,最不利地震动引起的直径变形率与平均值的比值从1.1增加到1.9;② 隧道从浅埋到深埋的过程中,地震动排序结果基本保持不变;③ PGA为2 m/s2时,隧道地震响应与基岩面峰值速度（PBV）的相关性最好,相关系数达到0.94,其次是与基岩面峰值位移（PBD）和I_A,相关系数分别为0.62和0.48,相关性最差的是基岩面峰值加速度（PBA）和CAV,相关系数仅为0.37和0.22。研究结论可为今后软土隧道的输入地震动选择提供科学依据。      

兰州市区场地地面与基岩地震动峰值加速度对应关系研究

根据兰州市区黄河阶地特征及黄土层覆盖厚度,对兰州市场地划分了3个分区,选用兰州市区156个满足场地地震反应条件的地震钻孔资料,对每个工程场地合成3组相互独立的基岩加速度输入时程,进行土层地震反应分析,对各个工程场地地面与基岩地震动峰值加速度的对应关系进行研究,结果表明I区内的工程场地地面与基岩地震动峰值加速度比值为1.120,Ⅱ区为1.320,Ⅲ区为1.531,平均均方根误差为0.083。     

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

随着强震台网的密布及观测记录的增加,为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据,也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地,通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型,研究地震动特征,分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录,采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型,进行局部场地地震反应分析,预测该盲测场地的地表地震动特征,并与对应的实测强震记录结果进行对比,分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响,重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响,以期为地表地震动的合理预测提供参考。     

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。     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

R.C.框架结构的振动台试验和面向设计的时程分析方法

钢筋混凝土框架结构的弹塑性时程反应分析是抗震设计规范所要求的一项重要内容,但目前还滑有比较简单实用肯计算可靠的方法。本文进行了两个六层钢筋混凝土框架结构模型的地震模拟震动台试验,通过分析试验模型的自振特性、变形形式、加速度反应、位移反应和破坏开矿以及钢筋混凝土框架结构的实际震害,建立了面向设计的钢筋混凝土框架结构弹塑性里程反应分析的计算方法。在这一方法中,对钢筋混凝土框架整体结构采用层间剪切模型,     

地铁车站与隧道连接处地震响应分析

结构截面刚度突变处是地下结构抗震的薄弱部位,为研究地铁车站与隧道连接处的地震响应,本文建立有限差分数值模型,分析地震作用下车站与隧道连接处的薄弱部位、连接处附近的侧墙变形分布特征以及地表沉降分布特征,重点探究埋深、地震动特征以及周围土体刚度对连接处隧道应力的影响。结果表明:连接处端墙底部跨中、端墙洞口的顶部和底部是抗震的薄弱部位;连接处端墙存在对侧墙变形分布、地表沉降分布有一定影响;结构埋深,地震动频谱、幅值对连接处隧道应力响应有较大影响,结构周围土体的刚度在一定范围内对连接处隧道应力有较大影响。     

地下RC结构物地震响应特征土工离心试验的模拟

地下结构物抗震稳定性的研究具有重要实际意义。基于动态土工离心试验,应用有效应力法分析了不同水平地震作用下土层和地下RC结构物的最大水平位移、不同埋深的土层加速度和超孔隙水压力变化规律,以及结构物的破坏发展特征,并进一步与试验结果进行了相互验证和对比,取得了较好效果,为重要地下结构物的抗震设计提供了依据和参考。     

端承桩在分层地基中的横向地震反应分析

本文对分层弹性地基中端承桩基础按Ｗｉｎｋｌｅｒ（温克尔）地基土模型，通过特性分析，建立了合理的力学模型，经过动力分析，给出了端承桩基础横向自由振动特性及在横向动力载荷与地震载荷作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中端承桩基础在横向动力载荷与地震载荷作用下的动力反应分析，提供了一种新的解析方法。     

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。     

地震动位移峰值对斜拉桥地震反应的影响

根据同一加速度反应谱拟合了加速度峰值相同、速度峰值相同、位移峰值不同的两组地震动时程。以大跨斜拉桥的三维模型为例，在以上两组时程的激励下，应用有限元立法，对斜拉桥的地震反应进行了分析。计算结果表明：在弹性阶段，地震动位移峰值时斜拉桥的动力响应影响不明显；但当结构进入弹塑性阶段时，在位移峰值较大的一组地震动激励下，桥梁的墩底弯矩和塔顶位移会有更大的响应。     

基岩输入时程随机数对场地峰值加速度的影响研究

研究基岩输入时程随机数对场地峰值加速度的影响,对核电厂设计地震动参数的合理确定具有重要意义。本文选取了某重要核电站场地具有代表性的3个钻孔,建立了场地计算模型。根据确定性方法、概率性方法得到的基岩反应谱及其包络谱,基于不同随机数,分别合成了400条基岩输入时程。采用LSSRLI-1程序进行了场地地震反应,根据4800个计算结果,研究了不同随机数对地表峰值加速度的影响,给出了自然对数下峰值加速度标准差的估计,揭示了峰值加速度的分布规律,提出了对核电厂设计地震动参数合理确定的建议。     

基岩地震动参数与震级和距离的关系

关于强地震对结构的作用,应当考虑随时间变化的地面运动的全过程。 这个过程的统计特征是由震级、中间介质及地表土层的特性决定的。 因为现在已经有了从基岩运动推算地表运动的可靠方法,所以搞清基岩运动的特征并由此对基岩运动的过程作出估计,显得特别重要。 本文对美国27个基岩台上的强震记录的反应普以及几个最大值与震级和震源距离的关系进行了统计分析,找到它们的关系。从这些关系出发,对指定的震级和震源距离的基岩,可以估计它的运动特征,并人工造成一组运动过程。