罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨.总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayleigh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题.     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

罕遇地震下村镇建筑复合隔震系统的地震响应特征及设计参数

为研究罕遇地震下复合隔震村镇建筑的地震响应特征及设计参数,采用ABAQUS有限元软件建立了复合隔震结构、滑移隔震结构、砂垫层隔震结构以及传统的砌体结构四种模型,通过对比4种模型在不同滑移层摩擦系数及不同地震烈度下的加速度、位移及底部剪力等动力响应差异,得出复合隔震体系的地震响应特征及主要设计参数。结果表明:复合隔震体系具有最优的隔震效果,且滑移层摩擦系数越小,地震烈度越大,隔震效果越好。根据预设40%隔震率的要求,确定出不同抗震设防烈度区的滑移层摩擦系数取值范围。     

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响.结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移...     

地震动瞬时能量谱与结构位移响应关系研究

本文通过HHT变换得到瞬时能量谱,并以HHT对地震动作用下的结构位移响应进行分析,发现长周期结构动力响应的显著特点:最大结构位移响应总是滞后于地震动激励的最大能量谱值时间.滞后的时间主要取决于结构的动力特性参数(特别是自振周期),也与地震动的类型有关.仿真计算的结果表明:长周期结构的破环与倒塌并不发生在地震动强度最大的时刻,而多数是在地震动末期,甚至在地震动完全消失之后.有益的结论为结构控制设计与安全提供科学依据.     

地震动特性对隔震结构弹塑性位移反应谱的影响研究

根据特定震源机制、震级、断层距和场地条件选取69条地震动记录并进行分组,利用Nspectra软件计算隔震结构的弹塑性位移反应谱,分析断层距、场地条件、震级、阻尼比对弹塑性位移谱的影响,探讨隔震层的力学参数对地震能量耗散的影响。研究结果表明:相较于远场,处于近场的隔震结构最为不利,隔震层位移谱值受场地条件、地震加速度和速度大小影响较大;随着断层距的增大,位移谱值衰减较快,且在软土场地中隔震层的位移谱值衰减幅度大于硬土场地;地震震级大小对位移谱形状的影响不明显,但能够使隔震层的位移谱值产生整体缩放效应;阻尼比在小于0.4的范围内,隔震层在不同地震动特性作用下位移谱值差别较大,但在大于0.4以后,位移谱值及谱形基本趋于一致;屈服力较小(恢复力/重力小于等于1)的隔震层随自振周期增大其耗能性能更加突出。     

罕遇地震下RC低矮框架失效相关性拟动力试验分析

为研究罕遇地震下低矮结构的失效相关性问题,设计了两榀钢筋混凝土对称与非对称三跨二层框架结构模型,通过拟动力试验,对低矮框架结构在罕遇地震作用下柱截面各约束的失效特点和相关规律进行了统计与分析,以期为低矮结构在罕遇地震作用下的失效相关性理论提供试验支持,文中指出钢筋材性的相对均匀性是造成罕遇地震下大量截面约束同时失效的主要原因。     

巨型框架-支撑结构的非线性地震反应分析

巨型框架-支撑结构体系是一种新型的巨型结构体系,是在吸取巨型框架结构体系和巨型桁架结构体系优点的基础上被提出的。对巨型框架-支撑结构进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明,巨型框架-支撑结构的动力性能优越,是一种高效的巨型结构体系。     

日本南海海槽发生罕遇地震情况下我国华东沿海的海啸危险性研究

基于日本南海海槽地震活动性和历史海啸事件记载的分析,本文对日本南海海槽发生M_W9.1罕遇地震情况下的海啸进行了数值模拟研究.结果表明:该地震可引发初始波幅约10 m的海啸,6个小时后传至浙江沿海,近岸各处波幅为1—2 m;8个小时后靠近上海海岸线,最大波幅约2 m,受地形影响局地爬高至近3 m;11个小时后抵达苏北黄海沿岸,预计波幅普遍在1 m左右.海啸的上岸高度与海岸附近的海深和海岸线的形态密切相关.我国近岸海域地形变化复杂,海湾众多,对海啸波有放大作用,该模拟结果可能比实际传播到近岸时偏小,因此综合评估日本海啸影响我国华东地区的规模m可达1—2级左右.一旦日本南海发生罕遇地震对我国的影响不容忽视,尤其遇上风暴潮与天文大潮叠加,则可能会造成一定程度的海啸灾害.     

地震动功率谱与反应谱的转换关系

本文详细评述了现今常用的几种加速度反应谱与功率谱的转换关系。对于小阻尼单质点体系而言，考虑到输入地震动是一非平稳的随机过程，又由于其传递函数的窄频带滤波特性，它的加速度反应将是一窄频带的非平稳随机过程。对于峰值系数水平的超越不是独立的，而是成群超越。据此本文考虑非平稳效应和对峰值系数水平的成群效应，对前人的转换关系进行了修正，并基于随机振动理论，给出了对工程上常用的频率平稳、强度非平稳的地震;动模型的功率谱和反应谱的转换关系。此转换关系对于长、短持时的地震动记录和反应谱长、短周期部分以及不同阻尼比的反应谱都能给出精度较高的结果。     

Study on inelastic displacement ratio spectra for near-fault pulse-type ground motions

In displacement-based seismic design, inelastic displacement ratio spectra (IDRS) are particularly useful for estimating the maximum lateral inelastic displacement demand of a nonlinear SDOF system from the maximum elastic displacement demand of its counterpart linear elastic SDOF system. In this study, the characteristics of IDRS for near-fault pulse-type ground motions are investigated based on a great number of earthquake ground motions. The in? uence of site conditions, ratio of peak ground velocity (PGV) to peak ground acceleration (PGA), the PGV, and the maximum incremental velocity (MIV) on IDRS are also evaluated. The results indicate that the effect of near-fault ground motions on IDRS are signifi cant only at periods between 0.2 s - 1.5 s, where the amplifi cation can approach 20%. The PGV/PGA ratio has the most signifi cant in? uence on IDRS among the parameters considered. It is also found that site conditions only slightly affect the IDRS.     

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响.从汶川M8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录,根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整,使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致,以此作为结构地震反应分析的地震动输入.选取具有不同自振特征的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,分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布.研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异,且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言,非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大.随着结构自振周期的增加,高阶振型的影响更加明显.与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大.速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型,产生较大的层间位移反应.非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此,在开展近断层结构地震影响评价时,应考虑近断层速度脉冲的影响.     

汶川地震近断层地震动作用下 结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响. 从汶川M_S8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录, 根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整, 使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致, 以此作为结构地震反应分析的地震动输入. 选取具有不同自振特征的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, 分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布. 研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异, 且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言, 非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大. 随着结构自振周期的增加, 高阶振型的影响更加明显. 与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大. 速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型, 产生较大的层间位移反应. 非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此, 在开展近断层结构地震影响评价时, 应考虑近断层速度脉冲的影响.     

摩擦摆基础隔震结构双向地震反应分析

采用双向耦合力学模型模拟摩擦摆支座的双向耦合效应,对摩擦摆基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分忻,分析表明在双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时的支座最大位移,因而应考虑双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

摩擦摆基础隔震结构多维地震反应分析

对摩擦摆基础隔震结构进行了单向、双向和三向地震反应对比分析,表明考虑双向水平地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移增大,而结构的加速度和楼层剪力减小,其中对支座位移和结构加速度影响较大;考虑竖向地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移略有减小,而结构的加速度和楼层剪力增大,其中对结构加速度影响较大.因而,在进行摩擦摆基础隔震结构地震反应分析时,应考虑多维地震动的影响.     

Identification of critical ground motions for seismic performance assessment of structures

A method is established to identify critical earthquake ground motions that are to be used in physical testing or subsequent advanced computational studies to enable seismic performance to be assessed. The ground motion identification procedure consists of: choosing a suitable suite of ground motions and an appropriate intensity measure; selecting a computational tool and modelling the structure accordingly; performing Incremental Dynamic Analysis on a non‐linear model of the structure; interpreting these results into 50th (median) and 90th percentile performance bounds; and identifying the critical ground motions that are close to these defining probabilistic curves at ground motion intensities corresponding to the design basis earthquake and the maximum considered earthquake. An illustrative example of the procedure is given for a reinforced concrete highway bridge pier designed to New Zealand specifications. Pseudodynamic tests and finite element based time history analyses are performed on the pier using three earthquake ground motions identified as: (i) a Design Basis Earthquake (10% probability in 50 years) with 90 percent confidence of non‐exceedance; (ii) a Maximum Considered Event (2% probability in 50 years) representing a median response; and (iii) a Maximum Considered Event representing 90 percent confidence of non‐exceedance. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Conditional simulation of spatially variable seismic ground motions based on evolutionary spectra

This paper proposes a computational procedure for the conditional simulation of spatially variable seismic ground motions for long span bridges with multiple supports. The seismic ground motions, with part of their time histories measured at some supports, are regarded as zero‐mean nonstationary random processes characterized by predefined evolutionary power spectral density. To conditionally simulate unknown seismic ground motion time histories at other supports, the Kriging method is first described briefly for the conditional simulation of a random vector comprised of zero‐mean Gaussian variables. The multivariate oscillatory processes characterized by the evolutionary power spectral density matrix are then introduced, and the Fourier coefficients of the oscillatory processes and their covariance matrix are derived. By applying the Kriging method to the random vector of the Fourier coefficients and using the inverse Fourier transform, unknown nonstationary seismic ground motion time histories can be simulated. A numerical example is selected to demonstrate capabilities of the proposed simulation procedure, and the results show that the procedure can ensure unbiased time‐varying correlation functions, especially the cross correlation between known and unknown time histories. The procedure is finally applied to the Tsing Ma suspension bridge in Hong Kong to generate ground accelerations at its multiple supports using limited seismic records. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

近断层地震动和单自由度体系地震反应的分形特征分析

从分形几何的新视角出发,分析近断层地震动的不规则性和复杂性.利用盒维数法计算了来自台湾集集地震和美国北岭地震的30条近断层地震动加速度时程的分形维数.计算结果表明,这些地震动加速度时程具有统计分形特征.近断层地震动运动特征对其分维数影响明显,滑冲效应脉冲地震动的分维数平均值最小,向前方向性效应脉冲地震动的分维数平均值居中,无脉冲地震动的分维数平均值最大,其波形不规则程度也最高.而且,地震动时程的分维数反映了其频谱特性,可作为频谱周期的表征参数.地震动的分维数D与特征周期Tc具有较强的负相关关系.最后,对于近断层地震动作用下单自由度(SDOF)体系的弹性和非弹性动力反应时程,应用盒维数法计算了其分形维数,考察了其分形性质.     

Spatial ground motion effect on relative displacement of adjacent building structures

This paper analyses earthquake ground motion spatial variation effects on relative linear elastic response of adjacent building structures. It studies the relative importance of ground motion spatial variations and dynamic characteristics of adjacent structures in causing relative responses. Random vibration method is used in the study. It is found that, besides ground-acceleration-induced dynamic responses, quasi-static responses induced by spatially varying ground displacements also contribute significantly to the relative structural responses. The effects of spatial ground motions are very pronounced to the relative displacements of adjacent low-rise structures, and to those of high-rise adjacent structures with similar vibration characteristics. The effect of vibration properties of adjacent structures are, however, more significant to those of high-rise adjacent structures if they poses noticeably different vibration periods. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.