烟囱在水平与竖向地震动联合作用下的反应

本文对烟囱在水平与竖向地震动分量联合作用下的反应进行了分析,分析中考虑了包含竖向地震动的几何非线性的影响。分析结果表明,水平地震应力起主要作用,竖向地震应力也不可完全忽视,在上部它可达重力应力的50％—90％。几何非线性对水平地震应力的影响较小。本文还对烟囱竖向地震荷载进行了分析,给出了竖向地震荷载的近似计算公式。     

近场地震动频谱特征周期研究

基于999条具有完整信息的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录,对反映地震动频谱特性的不同特征周期参数(反应谱卓越周期T。、平滑化反应谱卓越周期T_o、傅氏幅值谱平均周期T_m)进行了研究,分析了场地条件、地震震级等因素对近场水平向及竖向地震动频谱特征周期的影响,并探讨了我国现行规范中设计反应谱特征周期T_g取值的合理性问题。统计结果表明:在近场区域场地和震中距仍是影响地震动频谱特征周期的重要因素,因为近场地震动的复杂性,震级对地震动频谱特征周期的影响不是很明显;近场区域竖向与水平向地震动的频谱特征周期有明显差别,且场地越软竖向与水平向地震动频谱特征周期的比值越小;我国现行抗震规范中设计反应谱的特征周期取值偏低,可能是偏于不安全的。     

砖烟囱地震破坏分析

本文研究了无筋砖烟囱的地震破坏形式,并进行了反应的数值分折,特别着重水平与竖向振动的相对重要性。文中假定地震应力与自重应力综合后的最大拉应力一旦达到或超过容许拉应力,烟囱的整个截面即裂开。在选择几个合理的地震动加速度过程之后,计算了一些典型的无筋砖烟囱的地震反应;在计算中,当某一截面断裂后,即考虑断了的烟囱上部为刚体,继续计算到地震终了,再发生第二道裂缝,或上部倾倒时为止。根据这些计算,得到的结论是:在一般情况下,水平振动是无筋砖烟囱破坏的主要原因,只是在特殊情况,竖向振动才可能起同等重要的作用。     

刚构桥随机地震动响应的简明解析解及等效地震力计算

顺桥向随机地震动作用下,大跨度刚构桥墩梁固结处墩顶产生动弯矩会引起桥跨产生动弯矩,从而会引起桥跨结构水平及竖向耦合振动。针对现行刚构桥随机地震动响应无解析解的问题,提出了一种分析其顺桥向随机地震激励下水平及竖向耦合震动响应分析的简明解析解。首先,建立刚构桥顺桥向激励下水平和竖向耦合振动的地震动方程,利用实模态振型分解法将结构地震动化为以实模态广义坐标表示的系列单自由度地震动方程的线性组合;其次,基于虚拟激励法获得刚构桥实模态广义坐标和结构位移的频域解,并基于二次式分解法获得了上述响应量的0～2谱矩和方差的简明解析解;再次,基于动力学等效原则获得了刚构桥等效地震力的计算式;最后,通过算例验证了所提解析解的正确性,并研究了刚构桥响应量与实模态振型的关系。研究表明：刚构桥地震动分析时需要考虑多个振型的影响,且竖向振动不能忽略。本文所提方法可用于其他复杂桥梁基于复杂平稳随机激励下响应量的分析。     

长周期地震动对广州塔TMD减震控制性能的影响

研究长周期地震动对广州塔TMD体系的影响及结构响应的时频分布规律。对国内现行规范反应谱长周期段进行延长,选取7条地震动时程记录,并补充7条长周期地震动时程记录作为输入样本,研究不同周期的强震激励对超高耸结构TMD体系的影响。研究表明,长周期成分的地震激励显著增加了超高耸结构的响应,卓越周期在2.341 s至6.425 s的长周期地震动输入,比卓越周期低于1 s的短周期地震动输入,平均使结构桅杆顶的位移峰值与均方根值分别放大125.49%和91.63%;最优参数设计的TMD对短周期、长周期地震响应均起减震控制作用,对8度长周期大震下主塔顶和桅杆顶的位移峰值控制降幅分别达到28.61%和42.69%,对相应的位移时程响应均方根值的控制降幅分别达到32.56%和44.20%, TMD体系的减震控制性能对地震动卓越周期具有一定鲁棒性;对结构弱轴向的地震响应时程进行数值小波功率谱分析,结果表明:由于一般长周期地震动的卓越周期更接近广州塔结构弱轴向的二阶周期(2.888 s),不仅增加了一阶振型的响应,更显著加剧了以二阶振型为主的桅杆鞭梢效应, TMD对该效应一定程度上起了抑制作用;建议对周期大于6 s的超高耸结构TMD体系,在按规范反应谱选取地震动之外,应注意考虑长周期地震动的影响,以更全面评估结构性能。     

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.     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

基于HHT变换瞬时能量谱的长周期结构地震反应分析

基于HHT变换得到瞬时能量谱,并以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在地震动作用下的瞬态反应计算。通过对一个长周期(十五层)结构工程实例的地震瞬态反应计算分析,揭示长周期结构有别于短周期结构动力响应的独特特性:长周期结构位移响应的瞬时能量峰值的时间滞后于地震动能量峰值的时间,且主要受到瞬态振动的控制,并以低阶振型的控制为主,第一阶振型峰值位移滞后的时间最长,滞后的时间主要取决于结构的第一阶自振周期。研究结果表明,长周期结构在强烈地震动作用下,地震动强度出现的最大时刻并不总是对应于结构破环与倒塌的时间。     

海上风电工程基础结构抗震性能研究

为了探讨海上风电工程基础与结构体系的抗震性能,采用ANSYS程序建立了三种基础型式的风电塔架结构数值模型,先采用振型分解反应谱法计算了结构的地震响应,进而分别将传统地震动和最不利地震动作为输入地震动,分析了三种基础结构体系的最大地震响应。结果显示:风电结构属典型的长周期结构,基础型式对结构的振动周期影响明显,单立柱桩式结构振动周期最长,八桩承台结构振动周期最短。地震作用下,单立柱桩结构的顶端位移响应也最大;振型反应谱法与传统地震动作用下结构的响应满足现行建筑抗震规范的要求,但最不利地震作用下结构的位移响应偏大,不满足规范对位移的相关规定;组合三桩结构底部基础与结构连接处是应力集中区。海上风电工程结构抗震设计的重要性应引起充分重视。     

小高宽比隔震结构双向输入振动台试验研究及数值分析

本文对高宽比为2.5的普通钢框架隔震结构模型,采用多种不同的地震动进行了水平向和竖向双向地震输入的振动台试验研究,并利用时程分析法完成了模型结构地震反应的数值分析。试验结果表明,高宽比隔震结构在水平向和竖向双向输入情况下隔震层基本上不会进入拉伸应力状态,即使在9度大震E l Centro和Hach inohe波输入时,隔震层支座仍以受压为主。因此小高宽比隔震结构在场地好的情况下,结构不会出现倾覆,仅需考虑软弱土场地的受拉情况。试验发现竖向地震输入对小高宽比隔震结构水平反应的影响相当小;对小高宽比隔震结构进行水平向地震反应分析时,可以忽略竖向地震对结构的影响。     

某核电站结构-设备相互作用的地震反应分析

为研究核电站结构-设备相互作用的地震反应,针对某高温气冷堆核电站反应堆进行结构与设备相互作用的地震反应分析研究,通过对考虑与不考虑结构-设备相互作用的模型进行对比,开展模态分析、设计基准地震动下和超设计基准地震动下的动力特性分析以及楼层反应谱分析,结果表明:考虑剪力墙主体结构与设备的相互作用后,结构的地震反应减小,层间剪力最大减小60%,水平向楼层反应谱峰值减小为不考虑相互作用时的40%,提高了结构与设备的安全性,并为设备抗震设计提供依据。但竖向楼层反应谱在结构竖向周期附近有放大作用,建议在设备抗震设计时予以注意。     

竖向地震动特征研究

本文以国内外数十次地震(ML≥5)的近场自由地表加速度记录为基础数据，进行近场加速度峰值比的统计分析，并着重对1999年台湾集集地震竖向地震动反应谱特征进行研究。统计结果表明，竖向与水平向(V／H)加速度峰值比与震源距相关，随震源距增加，比值降低；竖向反应谱及竖向与水平向加速度反应谱比是周期的函数、并与场地条件及震源距相关。     

基于SDOF体系和高层结构的地震动强度指标研究

合理的地震动强度指标是预测和评价结构抗震响应的重要基础。选取24个周期点的单自由度体系和一个高层框架核心筒长周期结构,基于不同震源机制的100条地震动记录时程分析结果,研究16种地震动强度指标与结构地震响应的相关性,并提出考虑高阶振型影响的改进反应谱相关型地震动强度指标。研究表明：（1）不同地震动强度指标与结构地震响应的相关性差别较大,随着单自由度体系自振周期的增大,地震动强度指标与单自由度体系地震响应的相关性大致呈减小的趋势;（2）对于高层长周期结构,综合对比分析各地震动强度指标分别与顶点最大位移、最大基底剪力、最大层间位移的相关性,从工程实用角度出发,推荐地面运动峰值速度为最佳地震动强度指标;（3）由于高层长周期结构受高阶振型影响显著,采用含有高阶振型因素的反应谱强度指标可提高与结构地震响应的相关性。     

南北地震带川滇甘陕地区竖向与水平向加速度反应谱比的统计分析

本文收集了从南北地震带川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802组强震动记录,按照场地、震级和震中距等因素统计分析了竖向与水平向加速度反应谱比的形状以及不同场地、震级和震中距下不同周期段内的谱比平均值,并与建筑抗震规范GB50011—2010规定的0.65进行了比较。结果表明:竖向与水平向加速度反应谱比受场地、震级和震中距等因素的影响; Ⅰ类和Ⅱ类场地在全周期段的谱比均值基本上大于0.65;无论何种分组情况谱比均值在0.1—1.0 s周期范围内基本低于定值0.65,周期大于1.0 s的谱比均值基本上远高于0.65。因此对于大部分抗震规范直接把竖向地震作用取为水平向地震作用的0.65倍,有待商榷。本文建议根据水平向反应谱的标定方式来确定现有竖向强震动记录的竖向地震作用。      

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。     

滑移摩擦隔震系统在多向地面运动作用下的试验研究

基础隔震通常只考虑隔离水平地面运动，而对竖向地面运动的影响注意不够，本文进行了滑移摩擦隔震系统的振动台房屋模型试验，研究多向地面运动输入时上部结构反应和隔震系统的性能，试验中分别对模型输入了不同方向的地震动，其中包括水平单向、水平双向、水平和竖向及三向地震动输入，对试验结果进行了分析比较，结果表明竖向地震动输入对上部结构的水平地震反应有显著影响，同时在橡胶隔震支座中产生了竖向拉力。     

同一场地多次强震记录一致性分析

建设场地的地震动一般用峰值、频谱、持时来描述,用既有方法确定的地震动可靠性难以检验。利用长宁地震中一个已知场地遭遇9次地震的记录作验证尝试,通过傅里叶谱、反应谱和谱比分析方法探讨记录所反映出的卓越周期的一致性。分析结果表明：东西向反应谱卓越周期平均值为0.21 s,南北向卓越周期平均值为0.18 s,竖向卓越周期平均值为0.11 s,这三个卓越周期值离散性都很小。场地勘察显示覆盖层厚度19.5 m,等效剪切波速197 m/s,场地特征周期为0.40 s。实际记录反映的卓越周期与勘察方法计算值相差一倍。用地震记录做谱比时,N/V（南北向）卓越周期为0.30～0.37 s,平均值为0.33 s。E/V（东西向）卓越周期为0.18～0.48 s,平均值为0.26 s。分析认为,场地卓越周期与个性化的地震输入密切相关。     

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.     

某高温气冷堆核电厂结构地震反应分析

以某高温气冷堆核电厂结构为原型,利用有限元软件建立三维结构实体模型,开展了模态分析和弹性动力时程分析的数值计算,以探讨某高温气冷堆核电厂的结构特性和抗震性能,并重点分析了在三向地震动作用下高温气冷堆核电厂的加速度、位移反应时程和楼层反应谱.总体上看,高温气冷堆核电厂在两个水平向的刚度比较均匀,楼层反应接近,布局较为合理;在三向地震动作用下,顶层中心点的竖向楼层反应均明显大于两水平方向楼层反应,因此在高温气冷堆核电厂结构设计中,应关注竖向地震动对核电厂地震反应带来的不利影响.     

北京市防震减灾中心结构地震反应观测及振动特性识别

以北京市防震减灾中心结构为例,进行了结构的地震反应观测及振动特性识别研究。基于半功率带宽法对结构脉动测试数据进行了分析,计算出了结构自振周期和振型以及相应的阻尼比。各振型都具有较大幅值的楼层分别位于3、6和8层,据此设计并建成了结构地震反应观测台阵。分析台阵地震记录识别出了结构的自振特性,同时功率谱曲线显示,井下数据存在高频特性,初步判定其来自钢套管振动。开展结构的数值模拟分析,利用观测楼层上地震记录的卓越频率不断修正结构数值模型,直至结构反应与地震记录的频率值相符,且与脉动测试数据基本一致,相对位移对比分析发现,在该模型基础上相对位移反应与相对位移记录基本吻合。结构地震反应观测和数值模拟分析较好地实现了结构地震反应观测台阵的观测目的。