峰值速度和峰值位移对6层钢结构弹塑性地震反应影响的研究

深入揭示地震动峰值特性影响是推进地震动工程特性研究的有效手段。地震动峰值速度和峰值位移特性对结构弹塑性地震反应的影响规律尚需要探索。本文基于窄带时程叠加方法,人工合成具有相同加速度反应谱但峰值速度和峰值位移不同的4个序列地震动时程。其中第1、2序列地震动峰值速度为0.20 m/s,峰值位移分别为0.20 dm和0.40 dm,而第3、4序列地震动峰值位移为0.30 dm,峰值速度分别为0.15 m/s和0.30 m/s。将地震动峰值加速度分别标定至400 cm/s²和800 cm/s²,并以此作为输入开展建设地震观测系统的6层钢结构弹塑性地震反应分析,使得结构发生不同弹塑性地震反应,对比分析在不同序列地震动作用下层间位移角和延性系数等结构工程需求参数差别,探索峰值位移和峰值速度对结构弹塑性地震反应的影响规律。分析表明,在非线性反应阶段后,结构层间位移角和延性系数的变异系数随着输入地震动峰值的增加而增大,地震动峰值特性对结构层间位移角和延性系数等参数有一定影响,影响幅度随输入地震动增加而增大,且峰值速度较峰值位移的影响更为显著。在进行结构设计地...     

地震动峰值位移和峰值速度对地下结构地震反应的影响

针对3类不同的典型场地条件下的单层双跨地铁车站结构,采用土-地下结构整体动力时程分析方法,分析了地震动水平输入时峰值位移和峰值速度差异对地下结构地震反应的影响。结果表明,地震动峰值速度差异对地下结构地震反应的影响,在硬土场地条件下较大,中硬场地条件下次之,软土场地条件下最小;地震动峰值位移差异对不同场地条件下的地下结构的地震反应无明显影响。     

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。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

西南地区水平向峰值速度、峰值位移衰减关系研究

本文收集西南地区79个4.0＜Ms≤8.0主震、0＜Rrup＜300 km的自由场地加速度记录,采用合理可靠的数据处理方法获得峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)的水平分量几何均值各1600个.建立包含西南地区强震动数据及相应的震源、距离、场地参数等各项元数据的数据集.统计回归得到西南地区包含震级饱和效应、震级相关几...     

轨道约束对简支梁桥弹塑性地震反应的影响

结合高速铁路多跨简支梁桥及轨道系统的特点,建立了考虑钢轨、轨道板、轨道扣件摩擦以及桥梁结构的线桥一体化模型,采用非线性时程反应分析研究了轨道约束系统所选桥跨桥墩的弹塑性地震反应影响。结果表明:对相邻墩高相差较大的多跨简支梁桥,轨道约束系统对桥墩的弹塑性地震反应影响较大。建议对此类桥梁应采用线桥一体化模型进行弹塑性地震反应分析。     

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。     

地震动永久位移对结构地震反应影响

本文推导了基于位移激励计算单自由度体系拟速度谱公式,通过构造的脉冲位移时程对公式精度进行了验证;之后利用小波变换去除强震记录噪声而保留地震动永久位移,再基于去趋势项方法和滤波方法去除永久位移后,计算拟速度谱。算例结果表明:短周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值与保留永久位移的位移激励拟速度谱值相差很小;中长周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值总体上小于保留永久位移的位移激励拟速度谱值,且不保留永久位移时,滤波方法引起的拟速度谱降幅大于去趋势项方法所引起的拟速度谱降幅。因此,基于位移激励计算中长周期结构的地震反应时,应保留地震动永久位移,或基于去趋势项方法去除永久位移。     

由峰值速度估算地震应力降

根据Brune(1970)提出的震源位错模式,用发生在滇西地震实验场区鹤庆MS＝5.3中强地震的地震数字化监测资料,计算了S波谱,测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数(r.v)对地震应力降的依赖性．由地震标定关系给出(r.v)2/3,导出了用峰值速度参数求地震应力降的3个关系：lg(r.v)＝d1+(1/3)lgM0+(2/3)lg;lg(r.v)＝d2+(1/3)ML+(2/3)lg;lg＝－1.0+1.5lg(r.v)．假定对大小地震的平均应力降取3.0 MPa,由鹤庆地震序列的观测资料定出常数d1＝－3.88和d2＝－0.38．序列震源参数测定结果给出,地震矩为1011～1015 Nm,破裂半径a＝200～600 m．根据峰值速度测定的应力降＝0.1～10 MPa,平均为3.7 MPa．用这些标度关系求出的应力降结果与Brune模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明,地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．     

由峰值速度估算地震应力降

根据Brune(1970)提出的震源位错模式，用发生在滇西地震实验场区鹤庆MS＝5.3中强地震的地震数字化监测资料，计算了S波谱，测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数(r.v)对地震应力降的依赖性．由地震标定关系给出(r.v)2/3，导出了用峰值速度参数求地震应力降的3个关系:lg(r.v)＝d1+(1/3)lgM0+(2/3)lg；lg(r.v)＝d2+(1/3)ML+(2/3)lg；lg＝－1.0+1.5lg(r.v)．假定对大小地震的平均应力降取3.0 MPa，由鹤庆地震序列的观测资料定出常数d1＝－3.88和d2＝－0.38．序列震源参数测定结果给出，地震矩为1011～1015 Nm，破裂半径a＝200～600 m．根据峰值速度测定的应力降＝0.1～10 MPa，平均为3.7 MPa．用这些标度关系求出的应力降结果与Brune模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明，地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．      

基础提离及桥墩弹塑性对结构地震反应影响的研究

浅平基桥墩在承受强震作用时其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态。同时,当结构遭遇设防烈度地震或罕遇地震时,结构往往处于非线性状态,这都会导致桥梁的严重破坏。本文以兰州小西湖黄河大桥为工程背景,采用场地超越概率为10%人工地震波,研究了在弹塑性Winkler地基上同时考虑桥墩塑性时的结构地震反应。通过非线性时程反应分析得到:考虑地基和桥墩的非线性使得桥墩墩顶的位移增大,墩底弯矩减小,这对保护桥墩是有利的;同时得到,小西湖黄河大桥当遭遇罕遇地震(大震)时桥墩已进入屈服,但其屈服曲率不到破坏曲率的1/2,该桥能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计目标。     

地震地面运动时域特征对结构弹塑性反应的影响

本文利用电子计算机程序ASEW,产生具有不同时域参数的人工地震波,计算了它们的单自由度结构延性反应谱及三个四层剪切型框架模型的延性反应。从而观察地震地面运动加速度峰值,持续时间及较大面积的脉冲个数等时域参数可能对结构弹塑性反应带来的影响。     

弹塑性地震反应谱的长周期特性研究

在基于性能抗震设计中弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视。利用统计分析方法研究了等强度的延性需求谱和等延性的强度折减系数谱的长周期(至5 s)区段的特性,关注的重点是等位移准则和场地条件影响。给出了若干具有工程价值的结论:一是周期介于1.5Tg(地震动特征周期)和2.5 s之间的结构可近似认为等位移准则成立且与场地条件关系不大,这样确定的强度折减系数当位移延性系数小于等于4时结果将是偏于安全的;二是结构周期大于2.5 s后以硬土场地等延性强度折减系数谱或等强度延性需求谱代替软土场地谱求解系统强度需求或延性需求,将会得到偏于安全的结果。     

近断层地震动速度、位移峰值衰减规律的研究

在全球范围内选取6．0≤Mw≤7．6、震源深度H≤20km且断层距df≤40km的地震动速度和位移峰值数据．进行分组统计分析,确定了PGV和PGD的近断层研究区域分别为20km和15km。认为两水平分量为2条独立数据,在各自研究区域分别得到由366条PGV和265条PGD数据组成的数据库;其中水平方向分为硬土和软土2类场地,竖向只考虑土层场地．利用作者前文已提出的近断层地震动衰减模型和最小二乘法进行数据拟合分析．得到PGV和PGD随断层距和震源深度变化的衰减曲面,分析了水平、竖向以及竖向与水平比值的衰减规律。     

铁路高墩弹塑性地震反应分析

给出了高墩弹塑性地震反应分析的方法与步骤,对铁路高墩的弹塑性地震反应进行了研究.研究结果表明:高墩可能在墩中,也可能在墩底形成塑性铰;也可能在墩中及墩底均形成塑性铰;在一定的地震强度下,墩底塑性铰区的位置相对明确,墩中的塑性单元位置受地震动影响较大,潜在的塑性铰区在0.28～0.46倍墩高范围内;同等地震强度下,两个塑性铰区下的墩顶位移与只有一个的相比增大很多.因此,位于高烈度地震区的铁路高墩在进行延性设计时应谨慎.     

剪切模型弹塑性地震反应计算

本文提供一种新的剪切模型,适用于分析每层具有刚度不同和恢复力特性曲线不同的构件的多层结构的弹塑性地震反应。本法选用了三种不同恢复力模型,导出了有关的公式,提供了计算程序。当同一楼层各构件的恢复力特性曲线及参数相同时,本文提供的模型可简化为通常的多质点剪切模型。 文中附有两个8层建筑的算例。     

近海管线桥的地震位移反应和地震可靠性分析

在我国一滨海城市,为敷设出海油管线,建造了一座9跨近海桥。桥的邻跨梁相互铰连并自由置放在桥墩的顶面上。水平地震作用的最敏感方向垂直桥的轴线。结构体系被模拟成一个具有许多刚体振型的链式计算模型。使用振型分析方法,计算了每一桥墩上梁的位移,并给出了桥梁滑离桥墩的概率。此外,还获得了与结构动力学有关的一些有趣的结论。     

用位移反应谱研究长周期设计地震反应谱

利用美国太平洋地震工程研究中心NGA数据库,分析了滤波低频截止周期(Tc)对位移反应谱的影响。选择较小的Tc将严重抑制长周期位移反应谱幅值。本文选用可靠使用周期不小于10 s的强地面运动加速度记录,研究了位移反应谱的长周期特性。结果表明,位移反应谱峰点周期是长周期地震反应谱的关键控制参数,受场地条件和震级的影响相对较小,但与震中距基本呈线性增长关系,而动力放大系数最大值波动范围较小,设计中可视为常数。建议在现行抗震设计规范谱的基础上,在速度控制段与位移控制段之间增加一个过渡段,以体现位移反应谱的有峰特征,并给出了控制参数的建议值。     

高层钢结构地震反应形状记忆合金拉索控制研究

本文通过形状记忆合金(SMA)材料的超弹性性能试验确定了SMA材料的各项参数和常温状态下的本构模型。对采用SMA拉索实施振动控制的20层钢结构的Benchmark模型的地震响应进行了时程分析。计算结果表明,实施SMA拉索控制后,层间相对位移可降低70％左右,且SMA材料很好的耗能作用有效地减少了地震能量向上部楼层的传递,对上部结构具有一定的隔振作用;顶层相对位移的控制效果达到51％;顶层加速度可降低43％;地震波强度和拉索初应变对拉索的被动控制效果影响较大。最后给出了拉索的安装位置与拉索的应变之间的关系曲线,建议了合理的布置方案。