本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

沉积谷地二维非线性地震反应FEM⁃IBIEM耦合分析∗

采用有限元-间接边界积分方程耦合方法(FEM-IBIEM)并结合土体等效线性理论,对地震波入射下二维沉积谷地的非线性地震响应进行了模拟分析,得到了半圆形沉积谷地典型观测点的加速度时程曲线及反应谱曲线。结果表明,与线性模型相比,等效线性化模型场地加速度时程幅值有明显下降趋势,部分点位降幅可达40%;加速度时程在SV波垂直入射情况下的降幅普遍大于30°斜入射时情况;加速度反应谱幅值在高频段下降更为显著,且某些点位加速度反应谱卓越周期有较大增长。     

基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研究

软土场地地震反应计算分析方法是公认难题。以日本KiK-net强震观测台网中所有软土场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法SHAKE2000、时域非线性方法DEEPSOIL和频率一致等效线性化方法SOILQUAKE三者在软土场地地震反应分析计算中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05 g的所有水平软土场地的总计309台次的加速度记录,涉及24个台站,土层厚度28 m～240 m,地表峰值加速度范围0.050 g～0.580 g。对比结果表明:烈度6度和7度偏下(地表PGA在0.12 g以下)的较弱地震动下,对三类、四类和巨厚场地,SOILQUAKE、SHAKE2000和DEEPSOIL三个方法计算结果相差不大,与实际记录较为接近,皆可采用;烈度7度中上以上(地表PGA在0.12 g以上)的较强地震动下,无论是三类、四类和巨厚场地,DEEPSOIL和SHAKE2000计算出的地表PGA和反应谱较实际记录偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大,甚至小于井下输入,而SOILQUAKE计算出结果与实际记录基本相当,可体现出软土场地放大作用,也证明了频率一致等效线性化方法的有效性。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性,利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性;以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下,T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响;T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性;(2) 基岩地震动高频丰富时,T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势;而基岩地震动低频较发育时,T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点;（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势,且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

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。     

近场地震下评估单层网壳响应的地震动强度参数分析

为了选取近场地震动作用下适于评估单层网壳结构响应的地震动强度参数,以3个矢跨比不同的单层球面网壳和5个矢跨比、长宽比不同的单层柱面网壳为模型,从相关性、有效性及充分性3个方面对多个地震动强度参数进行分析评价。结果表明,对于单层球面网壳结构,水平向的相关系数大于竖向的相关系数.加速度反应谱值S_a(T_1)和S_a(T_2)为近场地震动作用下适于评估单层球面网壳结构响应的地震动强度参数;对于单层柱面网壳结构,跨度方向的相关系数大于长度方向和竖向的相关系数,近场地震动作用下适于评估单层柱面网壳结构响应的地震动强度参数为S_a(T)、速度反应谱值S_v(T)和位移反应谱值S_d(T),当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较大时,T应取第一阶振型的自振周期T_1,当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较小时,T应取第二、三阶振型的自振周期T_2和T_3。     

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《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。     

地下结构地震横向应变传递及其影响因素

以变形控制为主线,提出了横向应变传递率(STC)的概念,以研究土层向地下结构横向应变传递的影响因素和影响规律。采用二维非线性动力有限元,分析地震动不同输入(峰值和波形)、土层不同性能(剪切模量和土层厚度)以及地下结构特征(埋深、宽高比)等参数对STC的影响。结果表明,引入的横向应变传递率的概念可以反映地震荷载-地下结构-土体间相互作用问题的本质,各种参数对STC的影响具有规律性:土层软硬对应变传递率影响显著,二者间呈幂指数关系;地震动输入对应变传递率有一定影响,二者间呈抛物线关系;工程常见土层厚度内,土层厚度变化对应变传递率的影响不大,基本可以忽略;地下结构埋深、宽高比对应变传递率影响较小,应变传递率基本为一常数。     

现有等效线性化分析程序在实际软场地计算结果方面的比较

SHAKE2000和LSSRLI-1分别是目前国外和国内广泛使用的两种一维等效线性化土层地震反应分析程序,分析二者之间的异同性及其与实测记录的差异程度,可为改进土层地震反应分析方法提供基础。收集整理了日本Ki K-net台网中17个软场地(Ⅲ、Ⅳ类场地)39次地震的基岩及地表地震动记录,其中基岩加速度峰值在6~214Gal之间,土层非线性取3种情况,采用SHAKE2000和LSSRLI-1两种程序分别进行了土层地震反应计算,从地表峰值加速度、加速度反应谱、加速度反应谱谱值比以及土层最大剪应变4个方面进行了对比计算。研究表明:当土体非线性不强时,SHAKE2000和LSSRLI-1计算出的PGA结果差异多数可忽略,计算出的土体剪应变最大值误差也多数小于20%;当土体非线性较强时,仅有少数差异可忽略,计算出土体剪应变最大值误差则多数大于20%;SHAKE2000的结果和LSSRLI-1与实测峰值加速度和反应谱多数情况下差异较大,土体弱非线性下LSSRLI-1结果稍好于SHAKE2000的结果,土体非线性较强时SHAKE2000的结果要好一些。     

高强再生混凝土应力-应变全曲线试验研究

再生混凝土的本构关系是再生混凝土结构抗震设计与计算的关键问题之一,本构关系确定的试验依据是应力-应变全曲线,但是目前亟待研究的高强再生混凝土应力-应变全曲线的试验很少。为研究高强再生混凝土单轴受压应力-应变本构关系,制备了水胶比为0.32的再生混凝土,试件进行了16个100×100×300mm再生混凝土棱柱体试块的单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了再生粗骨料置换率对高强再生混凝土应力-应变本构关系的影响。试验表明:高强再生混凝土应力-应变全曲线下降段脆性明显,再生粗骨料掺量较低时会出现应力台阶;随着再生粗骨料置换率增大,高强再生混凝土强度、弹性模量呈下降趋势,峰值应变小幅度增大,极限应变先增大后减小;拟合了试验所得应力-应变全曲线,效果较好。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

考虑场地效应的概率地震危险性分析——以玉溪为例

为了定量表征场地效应对概率地震危险性分析(PSHA)结果的影响,采用 OpenQuake 软件计算方法,针对玉溪地区,开展了考虑场地效应的 PSHA 分析,生成了基于基岩场地和实际场地的玉溪市 50 年超越概率 10% 的地震动峰值加速度(PGA)和 0.5 秒反应谱加速度(Sa(0.5 s))危险分布图。结果表明：考虑场地效应(实际场地)的 PGA 和 Sa(0.5 s)危险值分别分布在 0.12g~0.45g 和 0.15g~0.55g 区间;场地效应显著增大了玉溪市东部地区的地震危险性,原因是该区域地势平坦且上覆软土层;考虑场地效应的 PSHA 结果可用于生成针对某一特定场地的一致危险性反应谱。因此,应重点关注软弱土层场地放大效应对 PSHA 结果的影响,从而更为合理、科学地表征地震动危险性。     

近断层强地震动下双层竖向重叠地铁隧道的地震反应

由于近断层地震动的特性显著地不同于距断层较远的地震动,基于江苏省的地震环境和南京地铁的建设背景,以深软场地中的双层竖向重叠隧道结构为研究对象,将地基土-地铁隧道体系视为平面应变问题,以软件ABAQUS为计算平台,考虑土体和隧道混凝土的非线性特性,研究了近断层强地震动作用下地铁双层隧道的水平向非线性地震反应特性,并与单层隧道的地震反应进行了比较。结果表明:在近断层地震动作用下,存在地铁隧道外侧的动应力大于隧道内侧的情况,且隧道的动应力比南京人工波(模拟距离断层较远的中远距离地震动)中震、大震作用下的动应力大1.4～3.4倍;双层隧道上、下两层隧道的动应力幅值均比其对应位置处的单层隧道小;双层隧道的相对水平位移均比其对应位置处的单层隧道大,双层隧道上层顶部的相对水平位移是浅埋单层隧道的1.29～1.69倍;双层隧道底部的加速度反应时程曲线与浅埋或深埋单层隧道的区别不大,其峰值加速度的差异在10%以内。     

场地地震反应的特征线解与等效线性化解对比研究∗

研究了响蹚(Ⅱ类)、盐城(Ⅳ类)、CHBH06(Ⅲ类)3种不同类别的场地在地震动作用下特征线差分计算结果与等效线性化法计算结果的差异性.在响蹬场地(Ⅱ类)下,随输入地震动峰值增加,特征线法计算的峰值加速度逐渐增加,反应谱曲线规律性递增;等效法计算峰值加速度先减小后增加,反应谱曲线在较大输入时逐渐递增.在盐城场地(Ⅳ类)下,特征线法计算的峰值加速度均比等效法的计算值稍大,反应谱平台宽度较等效法反应谱平台宽度宽.在KIK-net的CHBH06场地(Ⅲ类)中,将两种方法的计算结果与实际记录对比,结果表明:特征线法时程的傅里叶谱频带宽度与实际记录接近,加速度反应谱与实际记录的加速度反应谱较等效法加速度反应谱接近.通过对比分析,以期促进特征线差分方法的应用.     

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。     

基于土体等效线性黏弹性模型的地下综合管廊地震响应

以大连旅顺新区地下综合管廊工程为研究背景,利用ABAUQS有限元软件,建立了三维有限元模型,土体与管廊结构采用了三维实体全积分单元,采用等效线性黏弹性模型来模拟土体的动力非线性特性、线弹性模型模拟管廊结构。数值模拟考虑了土-结构相互作用,模型四周及底边设置黏弹性边界,地震动以等效节点力的形式输入,研究管廊在Kobe地震波四种不同地震动强度水平向(X向)作用下的结构响应,研究表明:(1)震中及震后管廊的应力、位移、相对位移都随地震动强度的增大而增大,在地震过程中,管廊的应力、位移最大值在0.05 g时为1.545 MPa、0.034 95 m, 0.10 g时为3.061 MPa、0.068 57 m, 0.15 g时为4.599 MPa、0.103 23 m, 0.20 g时增加到5.572 MPa、0.135 45 m。(2)震中及震后管廊的应力比、位移比说明了土体在大震中发生了更大的不可恢复的变形,也说明了管廊等地下结构的地震破坏主要是由土体变形引起。(3)管廊中隔墙上端部、下端部为管廊的抗震薄弱位置,在进行管廊抗震设计时,应采取有效措施提高这些部位的抗震性能。     

渤海海底土类动剪切模量比和阻尼比试验研究

土的动剪切模量比和阻尼比是工程场地地震安全性评价工作和土层地震反应分析中不可缺少的重要参数。本文采用应力控制振动三轴试验装置对渤海海底的常规土类动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ进行试验研究,试验装备为HX-10O控制振动三轴试验系统,土类包括粘土、粉质粘土、细砂、粉砂、粉砂质细砂,土样来自渤海海域内BZ13-1、BZ26-2、QK18-2等3油田的场地钻孔。采用拆线曲线拟合动剪切模量比G/G_(max)、阻尼比λ随动剪应变γ变化的关系,得到各类上的G/G_(max)、λ随γ变化关系及推荐值。本文的结果已在这3个油田平台的地震安全性评价中使用,本项工作积累的有关基础资料和工作方法可供该海域内有关海洋建设工程的地震安全性评价工作以及未来海域内的地震区划工作借鉴和参考。     

近断层滑冲型地震动作用下框架-剪力墙-高层结构的IDA研究

近断层滑冲型地震动是一类特殊的长周期地震动,针对这一类地震动,现行抗震规范并未出台相应的条文,且有关单独考虑近断层滑冲型地震动作用下高层结构动力响应的研究成果很少。基于15条可靠的近断层滑冲型地震动,利用Perform-3D非线性分析软件进行建模,对一个30层框架-剪力墙高层结构进行了增量动力分析(IDA)。结果表明,近断层滑冲型地震动频率成分集中在0～2Hz范围段内,且其反应谱谱值在中、长周期段内明显大于普通地震动的。将最大层间位移角作为结构需求,得到正常使用(NO)、立即占用(IO)、生命安全(LS)、防止倒塌(CP)性能水平的量化指标限值依次为1/1 160、1/575、1/361、1/55。依据现行规范设计的框架-剪力墙高层结构,在近断层滑冲型地震动强度相当于多遇地震时,结构能够满足"小震不坏"的抗震设防目标;在相当于罕遇地震时,结构不能满足第三性能水准"大震不倒"的要求。