考虑岩土介质随机特性的工程场地地震动相干函数研究

将随机结构正交展开理论和随机振动分析的虚拟激励原理运用于场地波动有限元分析，形成了一种可以考虑岩土介质随机特性对工程场地地震动相干函数影响的分析方法。实例分析表明，非严格均匀分布的随机介质场地对场地表面的迟滞相干函数值有重要影响，这种影响可由场地的随机影响因子来衡量，在进行工程场地地震动随机场研究时应当考虑场地介质随机特性的影响。     

南京河西地区设计地震动研究

本文根据南京及周围地区的地震环境,采用概率法对南京河西地区某高层公寓工程场址进行了地震危险性分析,采用等效线性化模型考虑场地土的非线性特性的影响,并用一维波动模型进行了场址土层地震反应和场地地震动效应分析,给出了５０年超越概率６３％,１０％和３％的场址基岩和地表的水平向加速度反应谱值加速度。     

二维复杂工程场址设计地震动的修正分析方法

地震安全性评价中工程场地设计地震动通常采用一维等效线性化水平成层的分析模型，但对一些较复杂的场地条件，如蓄能电站所处场地，仅考虑一维场地是不够的，而需考虑二维场地的影响。常规采用的二维有限元很难考虑诸多因素，为工程设计带来了很大的困难。提出了可考虑二维复杂工程场地影响的设计地震动的修正分析方法和简化方法，该方法还可考虑非线性对场地的影响及吸能边界等因素，而且计算简单，并易于同常用的一维等效线性化方法结合。实例分析结果合理，对工程场地地震动的确定具有重要意义。     

一维场地地震反应分析中的不确定性研究

在工程场地地震动的研究中 ,一维场地地震反应计算是一种常用的方法 ,但在计算模型、土层参数和输入地震动等环节上均存在不同程度的不确定性。本文较系统地回顾与总结了有关场地地震反应分析不确定性研究的历史和现状 ,在此基础上重点研究了土参数不确定性对场地地震反应分析的影响。本项研究首先探讨了土层剪切波速、厚度、密度以及非线性特性等的不确定性问题 ,在详细讨论分析以往的统计结果和计算方法的基础上 ,给出了土参数不确定性模型的合理估计 ,建立了土参数随机分布模型。考虑到一次二阶矩方法的精度不高 ,而且一般只适用于小参数…     

常规土类动剪切模量阻尼比超越概率计算方法

土的动剪切模量比和阻尼比是土层地震反应分析、工程场地地震安全性评价和地震小区划工作中的必备参数,但其不确定性显著,对地震动和抗震设计影响很大。本文以我国常规土类动剪切模量比和阻尼比与剪应变非线性关系试验为基础,研究考虑这两个动力参数变异性下其超越概率的计算方法。方法包括了试验数据的整理、超越概率的计算以及两个动力参数和超越概率关系模拟等几个步骤,最后给出了我国常规土类动剪切模量比和阻尼比超越概率的计算公式,为我国基于概率和可靠度思想的工程地震安全风险评估提供了一定基础。     

南通市场地综合区划

以场地工程地震环境评价为基础，通过南通市区建筑场地的工程地质条件研究和场地土动力特性的测试分析，查明了市区工程地质条件的空间分布规律和场地土的抗震性能；通过场地土动力特性研究和上层地震反应分析，编制了城市场地综合区划。为工程建设选址和工程地质勘察提供了地质基础资料，并给出工程抗震结构设计动参数，该研究成果可作为工程结构抗震设防的依     

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。     

考虑多维地震动及重力作用的土层场地地震反应分析模型

合理有效的工程场地自由场分析是开展地下结构地震反应计算、发展地下结构实用抗震分析方法的前提。目前常用的自由场分析方法多局限于单向地震动输入，难以考虑多向地震动共同作用时的非线性耦合效应。鉴于此，提出一种考虑水平和竖向地震动及重力荷载共同作用的土层地震反应分析力学模型，该模型采用捆绑约束条件作为侧面边界条件，采用基于黏性边界的地震动输入方法将输入地震动转化为等效地震荷载，可实现自由场计算中水平和竖向地震动以及重力荷载的同时施加，简化了计算步骤，减少了计算成本。此外，该方法考虑了水平和竖向地震荷载的叠加效应，对于考虑材料非线性及大变形影响的土层场地地震反应分析具有更为良好的计算精度与适用性。     

多点激励下LRB隔震桥梁地震反应分析

研究了地震地面运动多点激励，即空间变化效应对装有铅芯橡胶支座（Lead Rubber Bearing）的连续梁桥地震反应的影响。首先，利用三角级数法生成了拟合规范反应谱的多点人工地震动时程；然后利用非线性时程分析法数值仿真并比较了某五跨LRB隔震连续梁桥在一致激励、仅考虑地震动行波效应、仅考虑地震动部分相干效应、同时考虑行波和部分相干效应以及同时考虑行波、部分相干和局部场地土效应等七种工况下结构的减震效果。行波效应和部分相干效应对铅芯橡胶支座隔震桥梁影响不大，而局部场地土效应对该类桥梁的地震反应分析影响很大，应该引起重视。     

土-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。     

深厚软土场地基岩地震动反演——以天津波为例

根据天津波地表加速度记录和相应实测场地钻孔资料,采用等效线性化方法模拟土体非线性,进行了深厚软土场地基岩地震动反演,研究了频率截断对深厚软土场地基岩地震动反演的影响,为天津波地表加速度记录提供了相应的基岩地震动输入。研究表明:不同截断频率情况下,反演得到的基岩地震动峰值和反应谱曲线形状均相差悬殊,但反演后再正演所得到的地面运动与原地表记录相比,加速度时程曲线形状和峰值大小、反应谱曲线形状和峰值大小均非常接近;可根据工程需要对地表加速度记录进行不同频率的截断,反演得到所需强度的基岩地震动。     

场地地震安全性评价中确定设计地震动参数方面若干问题的研究

研究了确定设计地震动参数中涉及的若干问题,其中包括基岩水平加速度反应谱衰减关系的选择、震源深度对基岩水平加速度峰值及基岩反应谱曲线的影响、强度包络线函数及输入随机相位的选择、土体非线性特性参数和土层剪切波速值的选择、设计地震动反应谱的标定等问题。在有关方面的研究中基于一个典型场地计算剖面,采用一维等效线性化模型并通过逐项变换某些研究参数的方法,研究了有关方面对设计地震动参数可能产生的影响及存在的误差和相应的规律,有关研究结果对合理确定设计地震动参数具有一定的实用价值。     

Soil–structure interaction analysis of cable-stayed bridges for spatially varying ground motion components

In this study, it is intended to determine the effects of soil–structure interaction (SSI) and spatially varying ground motion on the dynamic characteristics of cable-stayed bridges. For this purpose, ground motion time histories are simulated for spatially varying ground motions, depending on its components of incoherence, wave-passage and site-response effects. The substructure method, which partitions the total soil–structure system into the structural system and the soil system, is used to treat the soil–structure interaction problem. To emphasize the relative importance of the spatial variability effects of earthquake ground motion, bridge responses are determined for the fixed base bridge model, which neglects the soil–structure interaction (no SSI) and for the bridge model including the soil–structure interaction (SSI). This parametric study concerning the relative importance of the soil–structure interaction and spatially varying ground motion shows that these effects should be considered in the dynamic analyses of cable-stayed bridges.     

Spatial variability effects of ground motions on cable-stayed bridges

In this paper, stochastic analysis of a cable-stayed bridge subjected to spatially varying ground motions is performed. While the ground motion is described by power spectral density (PSD) function, the spatial variability of ground motions is taken into account with the incoherence and the wave-passage effects. The incoherence effect is examined by taking into account two extensively used models. As the effect of the wave-passage effect is investigated by using various wave velocities, the effect of local soil conditions where the bridge supports are constructed is outlined by using homogeneous firm, medium and soft soil conditions. Solutions obtained for the spatially varying ground motions are compared with those of the specialised cases of the ground motion model. Stationary as well as the transient response analyses are performed for the considered bridge model. It is concluded that spatial variability and propagation effects of ground motions have important effects on the dynamic behaviour of the bridge and the variability of the ground motions should be included in the stochastic analysis of cable-stayed bridges.     

基于移动窗解卷积法的2011年日本东北 MW9.0大地震场地非线性时变识别

利用模拟记录和2011年日本东北M_W9.0大地震观测记录分析了基于移动窗解卷积法识别场地非线性时变特征的可行性,并与移动窗谱比法的结果进行了对比分析。研究表明:基于移动窗解卷积法可以较好地揭示场地非线性随地震动水平的变化过程,识别非线性发生的阈值、非线性变化程度及强震动后的恢复程度;与移动窗谱比法相比,移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但对于存在强阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法可以获得更准确的非线性程度。对2011年日本东北M_W9.0大地震中8个KiK-net台站进行了非线性时变分析,结果表明;两种方法识别的非线性阈值较接近,约在40—100 cm/s2之间,且与场地v_S30没有明显的相关性;在峰值加速度PGA较低的IBRH20台站,非线性引起的波速下降较小（3%）且震后几乎完全恢复;PGA 处于386—822 cm/s2之间的其余7个台站,场地等效剪切波速下降13%—37%,产生了显著的场地非线性,且震后未完全恢复;PGA大于380 cm/s2时,非线性所导致的场地波速下降、恢复与PGA无明显相关性。      

不同类别场地地震动参数的计算分析

基于188个工程场地计算剖面及场地地震反应分析的等线性化波动分析方法，通过对场地地震反应的计算及计算结果的分析，研究了4类场地条件对场地地震动影响的特点及规律，给出了每一类场地地震动参数变化的经验关系。     

地震动强度及频谱特征对场地地震反应分析结果的影响.

通过收集整理235个实际钻孔资料并建立了2820个计算工况,运用一维波动等效线性化地震反应分析方法,基于不同类别场地条件,研究在不同强度、频谱特性的地震动输入形式下,场地条件对地表地震动参数影响,重点考察地表峰值加速度的变化特征及规律,并对计算结果进行了统计回归分析,给出了不同场地类别条件下地表峰值放大倍数的一般经验值.由于我国现行抗震设计规范中,没有考虑地震烈度或地震动强度对设计反应谱的影响,也没有考虑地震动频谱特性对地表峰值的影响,因此,本文的研究成果可为未来修订抗震设计规范提供参考依据.     

Random vibration analysis of long-span structures subjected to spatially varying ground motions

On the basis of the pseudo-excitation method (PEM), a random vibration methodology is formulated for the seismic analysis of multi-supported structures subjected to spatially varying ground motions. The ground motion spatial variability consists of the wave passage, incoherence and site–response effects. Advantages of this method are that less computation effort is required and that the cross-correlations both between normal modes and between excitations are automatically included. Random seismic responses of a realistic long-span bridge due to the wave passage, incoherence and site–response effects are extensively investigated. It is shown that all these effects have significant influence on the seismic response of the structure.     

Influence of irregular topography and random soil properties on coherency loss of spatial seismic ground motions

Coherency functions are used to describe the spatial variation of seismic ground motions at multiple supports of long span structures. Many coherency function models have been proposed based on theoretical derivation or measured spatial ground motion time histories at dense seismographic arrays. Most of them are suitable for modelling spatial ground motions on flat‐lying alluvial sites. It has been found that these coherency functions are not appropriate for modelling spatial variations of ground motions at sites with irregular topography (Struct. Saf. 1991; 10 (1):1–13). This paper investigates the influence of layered irregular sites and random soil properties on coherency functions of spatial ground motions on ground surface. Ground motion time histories at different locations on ground surface of the irregular site are generated based on the combined spectral representation method and one‐dimensional wave propagation theory. Random soil properties, including shear modulus, density and damping ratio of each layer, are assumed to follow normal distributions, and are modelled by the independent one‐dimensional random fields in the vertical direction. Monte‐Carlo simulations are employed to model the effect of random variations of soil properties on the simulated surface ground motion time histories. The coherency function is estimated from the simulated ground motion time histories. Numerical examples are presented to illustrate the proposed method. Numerical results show that coherency function directly relates to the spectral ratio of two local sites, and the influence of randomly varying soil properties at a canyon site on coherency functions of spatial surface ground motions cannot be neglected. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同深度土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响分析——以Ⅱ类场地为例

以Ⅱ类场地为例,选取了山东地区2个场地的工程地质勘探及剪切波速等资料,通过改变不同深度段波速,分别建立土层模型,计算分析了不同深度段、不同概率水平条件下剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究结果表明,剪切波速的变化对场地地震动加速度峰值影响在浅层影响最大,基岩输入面处次之,深层最小;对特征周期的影响,在浅层影响最大,深层次之、基岩输入面处最小。研究结果为进一步研究土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响及合理确定场地地震动参数提供一定的参考。