基于小波方法的近断层地震动速度脉冲周期的统计特性

采用小波方法筛选出了180条断层距在20 km之内且PGV大于10 cm/s的具有速度脉冲特征的近断层地震波,分别对基岩和土层场地、走滑(SS)和非走滑(NSS)断层、不同脉冲峰值标准情形下近断层脉冲周期和矩震级的关系进行了统计,得到了不同情形下脉冲周期-震级经验公式回归系数,以供近场地震动速度脉冲的相关研究参考使用。结果表明:走滑断层产生的脉冲周期比非走滑断层的大,但随震级的增大情况发生变化;无论走滑断层还是非走滑断层,当震级较小时,土层场地的脉冲周期比基岩场地的大,随着震级的增加,基岩场地的脉冲周期将比土层场地的大;根据不同标准的速度脉冲峰值PGV记录,得到的周期-震级关系曲线有很大区别。     

近断层地震动等效速度脉冲研究

近断层地震动对地表结构物造成严重的破坏,它具有明显的方向性和脉冲型特征. 在速度时程中含有大幅值、长周期的脉冲波,对结构响应影响很大. 为简化计算和分析的需要,在既有的等效速度脉冲模型的基础上,建议了较为合理等效速度脉冲模型. 在充分收集脉冲型近断层地震记录的基础上,对等效速度脉冲模型的脉冲周期、脉冲强度及卓越脉冲数等参数进行了研究,并与以往研究者的结果进行比较,以利于近断层区结构的抗震设计.     

近断层地震作用下设备-结构耦合隔震体系动力响应分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层脉冲型和非脉冲型地震波各50条,计算耦合隔震体系的动力响应。分析表明,近断层脉冲型地震动对耦合隔震体系的影响大于非脉冲型地震动,且对主体结构的影响大于对设备的影响;近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移、层间位移、楼层加速度、设备加速度和设备位移的平均响应分别达到非脉冲型地震作用的2.25倍、2.17倍、2.24倍、1.17倍和1.20倍。进行设备-结构耦合隔震体系设计时,需考虑近断层地震动脉冲作用的影响,同时需注意引起主体结构和设备最大响应的地震动不一定相同。     

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.     

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。     

考虑脉冲参数随机性的近断层地震动降维建模

根据50组近断层脉冲型强震动记录,采用连续小波变换提取最强速度脉冲分量,建立最强速度脉冲峰值时刻的统计模型。对近断层地震动加速度高频分量的演变功率谱模型参数进行识别,并利用谱表示-随机函数方法实现了降维模拟,进而积分得到速度高频分量。对脉冲参数进行随机化处理,并采用改进Gabor小波模型随机模拟速度低频分量。将速度高频分量与低频分量叠加得到近断层地震动速度时程。数值算例表明,近断层地震动加速度代表性时程集合的幅值谱和反应谱均与实测记录拟合一致,验证了降维模拟方法的工程适用性。近断层脉冲型地震动的降维模拟与概率密度演化理论相结合,可实现工程结构的随机地震反应与抗震可靠性精细化分析。     

近断层地震动脉冲特性对设备-结构耦合隔震体系响应的影响

基于设备?结构耦合隔震体系模型,选取了50条近断层脉冲型地震波,以脉冲周期与结构基本周期比T_P/T＝1为分界线,分析了周期比和脉冲能量对结构响应的影响,并对穿零次数小于等于5的隔震层位移比与周期比和脉冲能量的关系进行了拟合。结果表明:脉冲特性对结构的影响主要与周期比T_P/T和脉冲能量有关,同时也需考虑速度脉冲对应的加速度曲线穿零次数的影响;此外,设备响应与顶层楼面加速度直接相关,与近断层地震动的脉冲特性则无明显相关性。      

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。     

汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,同时将汶川地震的速度脉冲与集集地震和Northridge地震进行对比,利用NGA数据库24次地震事件中的3 615条记录,选取出典型的脉冲型记录作为统计分析的基础数据,研究地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.     

近断层速度脉冲型地震动特征周期的估计与调整

基于美国NGA数据库,在断层投影距小于25 km范围内挑选了1387条地震加速度记录,分别按照断层距和场地条件进行分组,对近断层速度脉冲型地震动的频谱特性、特征周期,及其与断层距、震级的相关性予以分析。结果显示:① 出现速度脉冲型地震动的比例与断层投影距之间存在明显的线性相关关系,但其与震级的变化不相关;② 地震动速度脉冲周期与震级之间存在强相关;③ 对于近断层速度脉冲型地震动,采用动态变化的加速度和速度反应谱峰值周期进行特征周期的计算,更加符合真实情况;④ 地震动速度脉冲有放大地震动特征周期的作用,水平向放大的比例与竖向相当,且放大作用与场地条件相关,在较硬场地上放大较多。本文基于上述近断层地震动的统计分析结果,对现行抗震设计规范中定义的特征周期提出了适合于工程应用的调整系数,并建立了速度脉冲周期与震级之间的关系模型,分析结果显示二者的拟合效果较好。      

远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型研究

传统高层建筑地震损伤模型不能反映构件极限滞回耗能随累积幅值的改变情况,无法有效确定组合参数,离散性较大。为此,设计一种远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型。针对不同层次高层建筑结构,依据广义力-广义变形曲线,构建变形损伤模型。结合累积能量比、远场长周期地震瞬时输入能比构建能量损伤模型。从变形与能量两方面综合评价损伤,依据钢筋混凝土结构构建最大反应变形与耗损能量的线性组合地震损伤模型,并对其进行改进。实验选用ILA003、ILA048和TCU115三种长周期地震波,计算不同构件和高层建筑结构整体损伤结果,验证所提模型的可靠性。将所提模型应用于实际高层建筑中,发现其实用性强。     

强震地面运动的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察强震地面运动加速度时程的非线性特征。首先采用功率谱分析法、主成份分析法和Cao方法定性判断地震动加速度时程具有混沌特性,然后应用混沌时间序列分析方法定量计算了30条地震动加速度时程的三个非线性特征参数。计算表明,这些地震动时程的关联维数为2．0～4．0的分数维,Kolmogorov熵K2为大于零的有限正值,最大Lyapunov指数在o～i．0之间。结果说明,强震地面运动具有混沌特性,地震动的高度不规则和复杂性是地震过程强非线性的反映。     

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.     

近断层地震作用下RC框排架结构易损性研究

为研究近断层地震作用下框排架结构破坏的可能性,以某钢筋混凝土框排架结构为原型建立有限元非线性分析模型,选取16条近断层地震波及8条远场地震波,采用增量动力分析方法绘制易损性曲线.结果表明:对于远场地震,8度多遇地震及基本地震时,结构正常使用、基本使用、修复后使用、生命安全及防止倒塌五个极限状态均未超越,满足"小震不坏,...     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

Effects of near-fault ground motions on the nonlinear behaviour of reinforced concrete framed buildings

The design provisions of current seismic codes are generally not very accurate for assessing effects of near-fault ground motions on reinforced concrete(r.c.)spatial frames,because only far-fault ground motions are considered in the seismic codes.Strong near-fault earthquakes are characterized by long-duration(horizontal)pulses and high values of the ratio α_(PGA)of the peak value of the vertical acceleration,PGA_V,to the analogous value of the horizontal acceleration,PGA_H,which can become critical for girders and columns.In this work,six- and twelve-storey r.c.spatial frames are designed according to the provisions of the Italian seismic code,considering the horizontal seismic loads acting(besides the gravity loads)alone or in combination with the vertical ones.The nonlinear seismic analysis of the test structures is performed using a step-by-step procedure based on a two-parameter implicit integration scheme and an initial stress-like iterative procedure.A lumped plasticity model based on the Haar-Karman principle is adopted to model the inelastic behaviour of the frame members.For the numerical investigation,five near-fault ground motions with high values of the acceleration ratio α_(PGA) are considered.Moreover,following recent seismological studies,which allow the extraction of the largest(horizontal) pulse from a near-fault ground motion,five pulse-type(horizontal)ground motions are selected by comparing the original ground motion with the residual motion after the pulse has been extracted.The results of the nonlinear dynamic analysis carried out on the test structures highlighted that horizontal and vertical components of near-fault ground motions may require additional consideration in the seismic codes.     

近场地震动下偏心结构的减震控制研究

本文选用远场宽频地震Kanai-Tajimi模型与近场地震He-Agrawal速度脉冲模型,对现有的典型近场地震记录进行了非线性数值拟合。通过调整脉冲分量与宽频分量的比值,得到了不同脉冲分量的地震波,分析了在合成近场地震波作用下,设置粘滞阻尼器时偏心结构的动力反应,并与未设置阻尼器时结构的地震响应进行了对比,同时也对能反映结构偏心特性的参数进行了分析研究。通过数值模拟与仿真分析,得到了一些对实际工程设计有意义的结论。     

Study on elastic response of structures to near-fault ground motions through record decomposition

Accelerograms recorded near active faults have some important characteristics that make them different from those recorded in far-fault regions. High-frequency components in acceleration records and long-period velocity pulses are among notable specifications of such ground motions. In this paper, a moving average filtering with appropriate cut-off frequency has been used to decompose the near-fault ground motions into two components having different frequency contents: first, Pulse-Type Record (PTR) that possesses long-period pulses; second, the relatively high-frequency BackGround Record (BGR), which does not include large velocity pulses. Comparing the results with those extracted through wavelet analysis shows that moving average filter is an appropriate and efficient tool for near-fault records decomposition. The method is applied to decompose a suite of 91 selected near-fault records and the elastic response of structures is examined through their response to the decomposed parts. The results emphasizes that in contrast with ordinary far-fault earthquake records, response spectra of near-fault ground motions typically have two distinct local peaks, which are representatives of the high- and low-frequency components, i.e., BGR and PTR, respectively. Moreover, a threshold period is identified below which the response of structures is dominated by BGR while PTR controls the response of structures with periods longer than this period.     

双向近场地震作用下HDR隔震梁桥地震响应研究

以HDR隔震梁桥多自由度（MDOF）模型和等效双线性单自由度（SDOF）模型为研究对象，以典型近场地震动作为输入，研究HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥地震响应的影响。研究结果表明:不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线呈典型双线性；考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积小于不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积。不考虑双向耦合效应的顺桥向HDR支座位移峰值d_b大于考虑双向耦合效应时，但横桥向的结果相反。近场地震作用下，对梁桥进行HDR支座隔震设计时，忽略双向耦合效应计算得到的墩底剪力峰值和弯矩峰值均偏于保守。可忽略HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥近场地震能量的影响。     

近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降分析

传统基于碰撞回弹系数Stereo-mechanical方法在分析建筑地桩基础的沉降位移过程中未考虑地桩基础碰撞的能量损耗,造成分析结果存在准确性和可信度较低的问题。因此提出改进的Kelvin建筑地桩基础碰撞沉降分析方法,以解决基于碰撞回弹系数Stereo-mechanical法存在的问题。采用线性阻尼构建Kelvin模型,分析地桩基础碰撞靠近阶段和回弹阶段的阻尼做功,构建地桩基础碰撞转换单自由度体系振动模型,实现对地桩基础的相对沉降速度和相对沉降位移的有效运算,基于建筑地桩基础碰撞沉降发生初始和结束时刻的能量和动量守恒定理,得到建筑地桩基础的最大沉降位移,实现对建筑地桩基础沉降的有效分析。实验结果说明,所提方法能提高地桩基础沉降分析的准确性和可信度。