浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度,采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应,将动力时程分析法结果作为参考解,对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明,在均质场地条件下,反应加速度法最大误差约18%,反应谱法最大误差约9%;在浅基岩场地条件下,反应加速度法最大误差约33%,反应谱法最大误差约16%;反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件,且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。     

等效线性化方法在地震输入能量谱中的应用

建立弹塑性单自由度系统的地震输入能量谱是基于能量抗震设计的核心问题之一,而等效线性化方法是一种简化计算弹塑性结构地震响应的实用方法,但其在弹塑性系统地震输入能量谱中的应用尚不成熟。目前基于位移一致提出的等效性线性化方法已有很多,选取其中有代表性的4种方法将弹塑性结构简化为弹性结构进行地震输入能量的计算,比较各种方法的计算精度和适用范围,同时分析和讨论了结构参数对各种等效线性化方法计算误差的影响。结果表明:所选4种等效线性化方法均对短周期结构的能量谱预测误差较大;对中等周期和中长周期下的结构其计算误差较小,其中Caltrans法和Iwan法的误差相对稳定,且平均值在10%以内。基于以上分析结果,采用遗传算法对Iwan法进行了修正,改进了其对短周期范围弹塑性结构能量谱的计算精度。     

川滇地区水平向强地震动衰减关系研究

利用近几年在川滇地区破坏性地震及汶川地震强余震中获得的951条加速度记录, 通过选取合适的衰减关系形式和距离参数, 经统计获得了川滇地区水平向峰值加速度与35个周期点对应的加速度反应谱(阻尼比0.05)衰减关系. 统计结果显示, 震级越大, 地震动随距离的衰减越慢; 加速度反应谱的短周期部分随距离的衰减明显快于长周期部分; 中强地震在近场也会产生较大的峰值加速度和较高的短周期加速度反应谱. 由于统计资料的非完整性, 本文统计结果尚不宜直接应用于相关工程场地的设计地震动参数确定中. 但本文结果与目前由转换方法得到的我国西部地震动参数衰减规律的较大差异提示: 进一步深入研究我国地震动参数衰减规律应是紧迫而重要的任务.      

川滇地区水平向强地震动衰减关系研究

利用近几年在川滇地区破坏性地震及汶川地震强余震中获得的951条加速度记录,通过选取合适的衰减关系形式和距离参数,经统计获得了川滇地区水平向峰值加速度与35个周期点对应的加速度反应谱(阻尼比0.05)衰减关系.统计结果显示,震级越大,地震动随距离的衰减越慢;加速度反应谱的短周期部分随距离的衰减明显快于长周期部分;中强地震在近场也会产生较大的峰值加速度和较高的短周期加速度反应谱.由于统计资料的非完整性,本文统计结果尚不宜直接应用于相关工程场地的设计地震动参数确定中.但本文结果与目前由转换方法得到的我国西部地震动参数衰减规律的较大差异提示:进一步深入研究我国地震动参数衰减规律应是紧迫而重要的任务.     

插值与计算方法对高频反应谱计算精度的影响

基于线性插值得到的高频段反应谱,存在不可忽视的误差。通过采用数字加速度荷载在Δt时段内按抛物线变化的反应谱精确计算方法,以及对数字荷载的基于改进权函数算法的“精确“插值方法,可以显著改善高频段反应谱的计算精度。     

能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用研究

位移延性是桥梁抗震性能的重要指标之一,以Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估的一种有效手段.文中阐述了能力谱法的基本原理,说明了基于弹塑性反应谱的能力谱方法在求解性能点时不需要进行迭代计算;基于弹性设计反应谱建立了相对应的弹塑性反应谱,结合某实桥,将能力谱方法和增量动力分析方法进行了对比,并根据不同的地震基本烈度和场地土类型进行了抗震性能评估.分析认为,能力谱方法计算简便,对结构1阶振型的地震响应占主导时,具有较好的精度,并能够基于设计反应谱来考察结构的弹塑性抗震性能,可用于桥梁抗震性能的评估.     

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.     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

采样率不足引起的反应谱计算误差

本文从分析谐波的反应谱计算误差及其产生原因入手,研究了常规反应谱方法的计算误差,指出选择采样率不仅要参照信号的奈奎斯特频率,还要注意使用采样数据时恢复被采信号所用的内插方法和容许的内插误差,文中强调山农采样定理所说的采样率大于２倍奈奎斯特频率时可完全恢复被采信号是针对内插函数ｈａ（ｔ－ｎ．Ｔ）而言的,文中以用典型的加速度反应谱合成的５条地震加速度里程及一系列谐波里程为例,研究了由于采样率不足而引起     

Housner谱烈度的一种快速近似算法

Housner谱烈度及修正谱烈度作为基于加速度记录时程直接得到的地震动强度参数,与建筑结构破坏及地震宏观烈度存在较高的相关性,是可靠的地震仪器烈度物理参数指标。然而,相对于地面加速度峰值、地面速度峰值等地震动峰值参数,三分量加速度记录对应的谱烈度计算过程较为复杂,耗时相对较长,影响了利用谱烈度确定地震仪器烈度的时效性。基于对强震动加速度记录的统计分析,本文提出了谱烈度的快速近似算法,仅计算4个方向上的谱烈度值,采用其中3点作圆即可获得水平面内谱烈度迹线的近似最大值,使计算速度提高了45倍,且保持了谱烈度作为地震仪器烈度物理指标的精度。利用在汶川M_S 8.0地震等386次M_S > 3.0地震中获取的2701组强震动加速度记录,经可靠性检验,结果表明所提出的Housner谱烈度快速近似算法的计算误差在±4.5%以内,可以同时满足地震仪器烈度速报的可靠性和时效性需求。     

基于改进能力谱方法的位移反应估计

本文阐述了Pushover分析中改进能力谱方法的概念和实施步骤；对不同场地条件下四个中、低层框架结构采用改进能力谱方法估计的目标位移和非线性时程反应分析结果进行了比较，分析，并提供了不同场地条件下两种方法的相对误差，为该方法的实际应用提供了一些参考依据。     

Comparison of displacement coefficient method and capacity spectrum method with experimental results of RC columns

For the performance‐based seismic design of buildings, both the displacement coefficient method used by FEMA‐273 and the capacity spectrum method adopted by ATC‐40 are non‐linear static procedures. The pushover curves of structures need to be established during processing of these two methods. They are applied to evaluation and rehabilitation of existing structures. This paper is concerned with experimental studies on the accuracy of both methods. Through carrying out the pseudo‐dynamic tests, cyclic loading tests and pushover tests on three reinforced concrete (RC) columns, the maximum inelastic deformation demands (target displacements) determined by the coefficient method of FEMA‐273 and the capacity spectrum method of ATC‐40 are compared. In addition, a modified capacity spectrum method which is based on the use of inelastic design response spectra is also included in this study. It is shown from the test specimens that the coefficient method overestimates the peak test displacements with an average error of +28% while the capacity spectrum method underestimates them with an average error of ‐20%. If the Kowalsky hysteretic damping model is used in the capacity spectrum method instead of the original damping model, the average errors become ‐11% by ignoring the effect of stiffness degrading and ‐1.2% by slightly including the effect of stiffness degrading. Furthermore, if the Newmark–Hall inelastic design spectrum is implemented in the capacity spectrum method instead of the elastic design spectrum, the average error decreases to ‐6.6% which undervalues, but is close to, the experimental results. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Capacity spectrum method based on inelastic demand spectra

By means of a graphical procedure, the capacity spectrum method compares the capacity of a structure with the demands of earthquake ground motion on it. In the present version of the method, highly damped elastic spectra have been used to determine seismic demand. A more straightforward approach for the determination of seismic demand is based on the use of the inelastic strength and displacement spectra which can be obtained directly by time-history analyses of inelastic SDOF systems, or indirectly from elastic spectra. The advantages of the two approaches (i.e. the visual representation of the capacity spectrum method and the superior physical basis of inelastic demand spectra) can be combined. In this paper, the idea of using inelastic demand spectra within the capacity spectrum method has been elaborated and is presented in an easy to use format. The approach represents the so-called N2 method formulated in the format of the capacity spectrum method. By reversing the procedure, a direct displacement-based design can be performed. The application of the modified capacity spectrum method is illustrated by means of two examples. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

抗震设计反应谱的标定方法

抗震设计反应谱是结构抗震设计的主要依据,设计反应谱的标定是确定地震动输入的重要环节。文中详细地总结了设计反应谱标定的基本原理和几种常用的设计反应谱标定方法,介绍了我国建筑抗震设计反应谱参数的确定方法和统一抗震设计反应谱的研究现状及应用前景;对不同设计反应谱标定方法中存在的问题进行了评述;提出抗震设计反应谱标定方法中有待进一步研究的问题。     

自动提取反应谱特征参数的人工神经网络方法

本以反应谱的特征提取为主题,讨论了被估计目标特征的自动提取问题,中给出了反应谱特征参数提取的神经网络模型,该应用模型通过学习积累有关特征的知识,然后利用已学到的知识自动完成新目标相应特征的提取,体现出神经网络设计智能系统的潜力。     

钢筋混凝土结构抗震能力评估的简化能力谱方法

本文通过对现有能力谱法的研究,在吸收前人研究成果的基础上,探讨了一种简化的能力谱方法。该方法不是根据需求谱与能力谱有无交点(性能点)为评估依据,而是以能力谱为根据求出不同延性状态下既有建筑物相应的抗震能力,并与需求谱相应的谱加速度比较,判断结构的抗震能力是否满足要求。该方法不需要复杂的迭代计算来求结构的性能点,计算过程简单;同时,可以考虑既有建筑物的老化及损伤。最后,本文应用自行编制的计算程序,通过一个工程实例说明了该方法的应用及其特点。     

Spectrum analysis relevant to Indian monsoon

Recent investigations on Indian monsoon by the method of spectrum analysis are reviewed from the viewpoint of various aspects of its application. The assessment is also made on their results and discussions. Through these processes, it emerged that there exist at least two kinds of quasi-periodic variations in the summer monsoonal fluctuation over India and adjacent regions. One appears as a spectral peak around the 5-day period and another is around the 15-day period.The former one is conspicuous along the monsoon trough region in northern India. The results of cross-spectrum analysis show that it reflects the passage of westward-moving, synoptic-scale disturbances called monsoon lows. The latter seems to be related to the large-scale variation of monsoon activity itself, though it is also likely to have some associations with the cyclogenesis of monsoon depressions. The recent application of spectral method to this large-scale interrelation is also discussed along with the results of some non-spectral studies and the remaining problems are pointed out.     

几种push-over分析方法对比研究

Push-over方法是一种静力非线性计算方法，是近年来在国内外得到广泛研究应用的用于评价结构抗震能力的新方法。采用这种方法计算结构的弹塑性地震反应将会逐渐为广大的工程设计人员所接受，但目前对于这种用静力的方法去预测结构的动力反应，其可靠性如何一直是许多学者所关注的，而且对于现有的几种方法的优劣也没有给出综合的评价。本文在国内外有关理论和方法的基础上，对几种push-over分析方法进行了简要评述，并通过分析计算对其中有代表性的能力谱方法、位移影响系数法和适应谱push-over方法进行了详细的对比研究。指出了其中存在的问题，试图寻找并推荐一种比较好的方法。结果能够实现这一目标，对于push-over方法的发展将会有一定的推动作用。     

Simplified methods for design of base‐isolated structures in the long‐period high‐damping range

A recent trend in the design of base‐isolated structures is the extension of the natural period and the incorporation of high damping. This paper shows that the existing simplified methods perform less accurately in this field of application, mainly due to inappropriate use of spectral data and insufficiently adjusted equivalent models. The paper proposes new period‐dependent concepts to reduce pseudo‐acceleration spectra and to transform these values into total accelerations with respect to the viscous damping ratio. The model of equivalent damping is adjusted to reflect several period‐dependent effects. The estimation of the accelerations in MDOF systems is based on additional period shifts. All modifications are derived for a simplified linear approach based on eigenforms, and a non‐linear approach based on pushover and capacity spectrum analysis. To illustrate observed problems and to demonstrate the capabilities of the proposed concepts, example structures are studied in detail. Furthermore, intensive statistical tests prove the effectiveness of the modifications in a wide parameter range and show considerable improvements over traditional approaches. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.