基于弹塑性时程分析的结构地震倒塌时间研究

地震过程中建筑倒塌前的时间段,是人员逃生的重要阶段,研究结构地震倒塌时间规律对人员倒塌逃生避险有重要的意义。针对地震逃生方法研究的需要,基于RC框架结构的典型倒塌模式建立简化结构模型;将60条不同特性的人工地震波输入到8个结构模型得到弹塑性时程分析结果,再以结构损伤指数为1的条件求得结构地震倒塌时刻;利用假设的双重调节模型和回归分析方法,对地震波峰值加速度、特征周期和结构自振周期等因素与倒塌时间的关系进行了研究,结果表明,特征周期和结构自振周期在峰值加速度对倒塌时间的影响中存在双重调节效应;整理已有研究文献的倒塌试验结果与回归模型对比,验证弹塑性时程计算对倒塌时间估算的可行性。     

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。     

基于一致危险性谱的砌体结构抗震性能分析∗

地震危险性分析和地震动选择对结构抗震设计具有重要作用。一致危险性谱作为概率地震危险性分析的重要结果,通常会被用来做目标谱以选择地震动记录。为改善概率地震危险性分析对震源传播特性考虑的不足,基于随机有限断层模拟与概率地震危险性分析相结合的方法,充分考虑震源机制、传播路径和场地放大效应的影响, 结合目标场地条件对历史地震进行模拟,生成了同一超越概率下的一致危险性谱。分别以一致危险性谱和规范谱为目标谱,各选择 7 条地震波,对一典型砌体结构进行动力时程分析。结果表明：以不同目标谱选择地震动对结构的动力响应差别较大,合理选择目标谱是十分有必要的;一致危险性谱在短周期内谱值较高,以其为目标谱使得短周期结构动力响应较大,可为结构抗震设计提供参考。     

可液化场地减震结构体系地震动特性影响效应研究∗

工程结构的地震响应规律与地震动特性紧密相关。为了研究地震动特性对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系地震响应和黏滞阻尼器减震效果的影响,选取24 条不同特性的地震动作为输入,针对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系数值模型进行非线性时程分析。结果表明：相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下,液化场地减震结构体系具有更大的地震响应;近场脉冲地震动作用下,速度型黏滞阻尼器的减震效果得到了充分发挥;相同振幅下,地震动峰值速度(PGV)与液化场地减震结构体系地震响应的相关性最为显著,可作为评价液化场地减震结构体系地震响应的主要指标。研究结果对液化场地黏滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。     

近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。     

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI(土-结构动力相互作用)效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明:①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器(与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比)就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。     

近场地震作用下框架结构的损伤机理

首先讨论了近场地面运动的特征及各种抗震规范对近场地震的设防，然后采用非线性时程分析方法，对一个10层框架结构在近场地震作用下的响应特性进行了研究。同时对该框架结构进行了Pushover分析，通过与非线性时程分析结果进行对比，说明Pushover分析方法不能正确评估结构在近场地震作用下的抗震性能。     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明:地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

场地地震反应分析研究现状及展望∗

场地条件对结构震害的影响已成公认的事实,如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问题之一,而在场地地震反应分析中确定地震动输入至关重要。针对场地条件和地震动输入对场地地震反应的具体影响、场地地震反应分析方法等方面的研究现状进行了系统总结。已有研究表明,场地条件和地震动输入对场地地震反应分析结果有显著影响。但目前仍存在的问题有:在冻土区进行场地地震反应分析时未充分考虑冻土层的影响效应;缺乏合理的地震动模型来准确描述实际地震动;尚未明确地震波入射角度对场地地震反应的影响规律;目前广泛使用的等效线性化方法不能完全反应土体在地震动作用下的真实运动状态而使其计算结果不尽合理。结合以上问题对还需进一步研究的内容进行了展望,为场地地震反应分析未来的研究工作提供参考。     

地下变电站地震易损性及可恢复性分析

为了合理评估地下变电站的地震易损性及可恢复性,以西安市张家堡地下变电站为工程背景,建立考虑土体-结构-电气设备动力相互作用的三维有限元计算模型。根据结构场地条件选取多组合理的地震动记录,分别以地面峰值加速度和剪力墙塑性位移角作为地震动参数和结构地震需求参数,通过增量动力分析得到结构的易损性曲线,并在此基础上对结构的可恢复性进行分析。研究结果表明,地下变电站在总体上拥有较好的抗震安全性和较为充足的抗震储备,但是当其处于严重破坏状态时,结构的剩余抗震能力不足,导致大震作用下结构的倒塌概率超出规范要求,因此有必要对结构的抗倒塌能力进行加强。     

厚软场地上大跨径桥梁设计反应谱研究

大跨径桥梁塔高、跨径大、自振周期长,深厚、软弱场地的长周期地震动对桥体结构影响较大。我国《公路工程抗震设计规范(JT J004-89)》也只适用主跨不超过150 m的梁桥和拱桥,国内长期以来没有一个适用于大跨径桥梁的抗震设计规范或指南。本文结合大跨径桥梁工程实例,根据场地土层静、动力性能参数的原位测试和动三轴试验结果,进行厚软场地土层地震反应分析,研究厚软场地的地震动效应,讨论了不同地震动强度时厚软场地的设计反应谱特征,分析了现行规范设计反应谱应用的局限性,成果对相关工程有重要指导意义,对大跨径桥梁抗震设计规范的制定也有借鉴作用。     

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。     

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。     

上海环球金融中心大厦弹塑性时程分析

在材料应力-应变关系的层次上，进行了高层钢筋混凝土结构的弹塑性时程分析。采用两种非线性宏观单元——梁柱单元和墙单元，单元截面分析采用纤维模型。在计算单元刚度矩阵时，采用子结构技术，从而实现了一根柱或一根梁采用一个非线性梁柱单元来模拟。编制了高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析程序，且用该程序对上海环球金融中心大厦振动台模型结构进行了分析，并与试验数据进行了对比。最后对该大厦原型结构进行了弹塑性时程分析和抗震性能评价。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

基于性能的移动通信铁塔地震易损性分析

移动通信铁塔的地震易损性研究是城市移动通信系统震后灾害预测的重要环节。以常见的50 m四方形角钢塔和50 m三管塔为研究对象,通过ABAQUS软件建立其有限元模型。基于Pushover分析结果划分了铁塔的损伤水平并确定了不同损伤水平对应的性能参数数值。采用FEMA P695的建议方法遴选出Ⅱ类场地上的10条远场地震动和10条近场地震动,以所选地震动作为输入进行了2个铁塔的增量动力分析,得到铁塔的IDA曲线和地震易损性曲线。分析结果表明:Ⅱ类场地上的四方形角钢塔和三管塔在远场地震动作用下的顶点位移角均要比近场地震动作用下得到的顶点位移角要大;当铁塔基本周期所对应谱加速度Sa(T1,5%)达到规范设计罕遇地震谱加速度值时,铁塔倒塌概率接近于0,四方形角钢塔和三管塔均具有较好的抗震性能;当地震强度更大时,四方形角钢塔抗倒塌性能比三管塔好。     

苏通大桥初设阶段主桥场地地震反应计算

本文计算了苏通大桥初设阶段主桥近300 m深场地的地震反应。将三种地震波从基岩输入,并考虑了行波效应,从而得到不同计算工况下8个桥墩所在场地的地震反应结果,列出了工程场地地表的部分绝对加速度和绝对位移的计算结果。从计算结果来看,土层的地震反应受到以下几个因素的影响:土层计算模型、土层的地质地形条件、行波效应。当有倾斜河谷地形时,采用一致输入下水平均匀分层土层的简单模型后,计算所得的工程场地地震动参数与实际场地精细化模型的计算结果有较大的差距。是否考虑基岩面上地震波的行进过程,也会对场地地表的地震动参数产生较大的影响。     

深厚软弱场地地震反应特性研究

以南京、盐城、上海的 3个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表 ,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。首先 ,利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的GZZ 1自振柱试验机 ,对 3个典型场地的原状土样进行试验研究 ,获得了各类典型土的动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化曲线 ;其次 ,选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动 ,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为 0 .35m/s2 ,0 .70m/s2和 0 .98m/s2 ,利用程序SHAKE91对 3个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的 2 7种组合的地震反应分析。数值分析表明 :场地条件和基岩输入地震动特性对土层的地震加速度放大效应有显著影响 ,地表处的地震加速度放大系数随着输入地震波峰值的增加而减小 ,土层内部的这种规律性不如地表处表现得明显 ;地表软弱土的存在使土层地表处的地震加速度放大系数急剧增大 ,场地内部软弱土夹层处的地震加速度放大系数急剧增大 ,强震时易失效 ;互层土特殊的层理构造会造成该土层的剪应变幅值急剧增大。     

近断层地震动对大型LNG储罐作用效应分析

近断层地震动对长周期结构威胁很大,而大型LNG储罐属于安全等级要求极高的液固耦合长周期结构,为研究各类近断层地震动对LNG储罐的作用效应,采用数值仿真方法计算了16×10~4m~3LNG储罐在不同种类近断层地震动激励下的地震响应,通过对比单向、双向和三向地震动作用下LNG储罐地震响应的差异,验证了对LNG储罐进行三向地震作用研究的必要性。此外,重点研究了在具有向前方向性效应、滑冲效应与无脉冲地震动作用下LNG储罐地震响应的特点。结果表明:含有较大速度脉冲和大位移的地震动会激发储液的剧烈晃动,进而对罐壁顶部产生巨大的冲击,导致罐壁顶部出现应力突变和位移超限,最终引起储罐的菱形屈曲或顶部附属结构物的破坏。     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.