多类型地震动作用下高层结构的易损性分析

以低频成分为主的长周期地震动容易引起中、长周期结构的破坏,针对这类特殊的地震动,现行抗震规范没有相应的条文,且有关单独考虑长周期地震动作用下结构动力响应的研究成果很少。以一个30层框架剪力墙高层结构为例,利用Perform-3D三维有限元软件进行建模,选取10条远场长周期地震动、10条近场长周期地震动以及10条普通地震动,将最大层间位移角作为工程需求参数,S_a(T₁,5%)作为地震强度指标。基于增量动力分析方法对该结构进行动力时程分析,并定义了4个结构性能水平,然后统计不同地震强度下的结构需求,获取地震易损性曲线,最终对比评价了三类地震动作用下结构的易损性。     

近断层脉冲型地震动耦合效应特征

指出了近断层脉冲型地震动耦合效应的存在。以典型走滑断层型地震动为数据基础,考虑场地条件的影响,对近断层方向性效应地震动分量(CFN)、滑冲效应地震动分量(CFP)以及相互垂直的两耦合地震动分量(C45°和C-45°)的峰值、反应谱分别做了定性的比较。结果表明,各地震动分量的加速度峰值之间差别不明显,但方向性效应地震动分量的速度和位移峰值明显大于其它分量相应的峰值;不同场地、不同周期段的绝对加速度、相对速度和相对位移反应谱谱比呈现不同的变化特点;岩石场地上方向性效应地震动分量长周期段的加速度反应谱最高,而土层场地上各分量加速度反应谱之间的差别不大;近断层结构抗震设计时,地震动分量和设计谱的选取应适当考虑地震动的方向效应。     

考虑结构不确定性的框剪结构地震易损性分析

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照我国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果。研究表明:该类结构能够很好地满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据。     

长周期地震动作用下基础隔震结构抗倾覆能力研究

对极限高宽比的基础隔震结构进行地震响应分析,探究常规地震动与长周期地震动的差异,并从隔震层位移、隔震层拉应力以及结构的抗倾覆力矩比3种导致结构倾覆的参数入手,分析基础隔震结构在长周期地震动作用下的倾覆情况。首先,选取近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动各9条。其次,建立3种不同烈度区下极限高宽比限值时的框架隔震结构模型,分析不同设防烈度下罕遇地震对基础隔震结构隔震层支座水平变位与轴向受力的影响,以及罕遇地震时结构的抗倾覆力矩比。最后,修正高宽比限值简化公式,计算出长周期地震动作用下的理论高宽比限值,根据限值修正结构高宽比后再进行地震响应分析。研究结果表明：在长周期罕遇地震动作用下,基础隔震结构隔震支座位移量普遍超过允许限值,大量支座出现拉应力,其中部分支座拉应力超过允许限值,隔震层受到严重破坏;少数情况下结构抗倾覆比小于1.2,结构有倾覆可能;结合简化公式给出长周期地震动作用下高宽比建议值。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

近断层速度脉冲对RC框架的地震反应影响

强烈的速度脉冲运动严重影响结构的地震响应,而目前的抗震设计规范并未对结构的速度响应作出全面分析。因此,根据汶川地震记录筛选出两组具有代表性的近断层强震数据:一组3向均含有速度脉冲;另一组3向均不含速度脉冲。对选出的6条地震动的速度反应谱、V~2时-频反应谱、累积动能曲线进行了分析比较。在此基础上,以某钢筋混凝土框架结构为例,探讨了结构在这两组输入地震动作用下的动力响应差异和速度脉冲对钢筋混凝土结构的地震反应影响。结果表明:近断层速度脉冲型地震动对各频率段的单自由度体系均有较大的能量输入,且对长周期结构具有更大的破坏作用。     

近、远场长周期地震动界定及分类研究

目前,针对近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动的界定主要根据时程特点进行,在界定时主观性较强,并不具有普适性,因此采用合理的量化标准来对这两类长周期地震动界定有着重要意义。为解决这一问题,本文以1999年Chi-Chi地震长周期地震动为样本,提出了一种结合震中距、场地类别和长周期分量能量累积谱90%能量持时归一化系数T_(0.9)为三参数的长周期地震动的分类方法。该方法首先利用希尔伯特-黄变换(HHT)求得参数T_(0.9),然后利用该参数判断长周期地震动是否具有脉冲特性。然后,根据对Chi-Chi长周期地震动的分析,结合不同场地类别下震中距及T_(0.9)的差异来区分远、近场长周期地震动。最后,以2008年汶川地震渭河盆地中收集到的长周期地震动为例,验证了所提分类方法的有效性。     

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析

远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。结果表明:远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5~2s和3~6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1~4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。     

近断层地震作用下考虑P-Δ效应的混凝土结构响应分析*

近断层地震动具有更大的水平地震和竖向地震作用,从而改变结构的p-Δ效应。首先,利用537组近断层地震动,统计分析了近断层地震动的反应谱特性和竖向与水平向加速度峰值比,考察了近断层地震动的特性。其次,分别对近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动和远断层地震动作用下混凝土结构的弹塑性反应进行了计算,分析了p-Δ效应的影响规律。最后,同时输入竖向和水平向地震动,考虑竖向地震动对结构p-Δ效应的影响。结果表明:近断层地震动有较大的水平向和竖向反应谱值,在近断层区域,将竖向地震动作用简单的按照现行规范中的取水平地震作用的2/3进行考虑是偏于不安全的;加速度峰值一致的前提下,结构在近断层脉冲地震作用下具有较大的响应,但p-Δ效应对结构的响应影响不明显,幅度大多未超过10%;由于地震动的随机性及复杂性,竖向地震动引起的惯性力不一定会增大结构的反应,也有可能会减小结构的反应。     

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟∗

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了 2021 年 2 月 13 日日本 M_W7.1 海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明：与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了 6.24 倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近 5 倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。