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。     

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。     

风积土高铁路基震动波的人工合成

地震荷载作用形成的震动波具有非平稳性、随机性等特点。在室内动三轴试验中不能准确将实际的震动波施加给土体试样,也就无法准确研究风积土土体在地震荷载作用时的动力特性。文中首先基于对风积土路基周边地震资料的分析,以与抗震规范相容的功率谱为目标谱,确定需要控制的反应谱的坐标点和反应谱的容许误差,利用三角级数法和快速傅里叶变换法合成了人工地震波;然后利用M ATLAB和震动持时、频率和幅值等实测数据合成了具有一定频谱特性的人工波,从而极大地方便和简化了对震动荷载作用下风积土的动力特性的研究。     

利用场地表征参数研究岷漳地区地震动相对变化趋势

近地表场地条件所引起的地震动差别可以造成不同场地上建筑物震害的显著差异。为了在岷漳地区的震害预测和长期发展规划中考虑场地条件差异性,提出联合V_(s30)和地形标度曲率作为场地表征参数来获得研究区地震动相对变化趋势图的方法。研究表明:土质山体土质河谷基岩山体基岩河谷是研究区地震动变化的基本规律,但因覆盖层厚度和地形条件的不同,具体场地的地震动变化也有不同。总体上,地震动峰值加速度的放大程度主要与近地表V_(s30)相关,V_(s30)越大地震动峰值加速度的放大越小,地震频谱受频率标度地形曲率和覆盖层厚度共同影响,分别在相应的特征频率处放大。该研究可为区域地震动预测提供理论依据,为制定区域长期发展规划和建筑抗震设计提供重要的基础资料,基于场地表征参数研究区域地震动相对变化趋势的方法也可应用于地震烈度速报和地震灾害快速评估等领域。     

远场类谐和地震波加速度反应谱的双峰特征分析

远场类谐和地震波作为一种特殊的长周期地震波,其加速度反应谱具有显著区别于其他类型地震波的双峰特征,本研究对其产生原因进行分析。首先,分析了集集地震和汶川地震中部分典型的远场类谐和地震动的运动特征;然后,基于希尔伯特?黄变换时频域分析方法及等效简化法,分析了远场类谐和地震波时域特征对其加速度反应谱双峰特征的影响规律。结果表明,所选远场类谐和地震波加速度反应谱长周期段的峰值与高频段的峰值比 (峰值比系数 α)较大,对该地区内基本自振周期为 5~7 s 的高层结构影响显著;当远场类谐和地震波存在脉冲周期和脉冲幅值较大的类谐和脉冲时,其加速度反应谱表现出明显的双峰特征。     

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。     

多断层破裂下单双峰地震动参数对比分析

大地震多断层破裂方式将导致地震动时程形状的改变和更为严重的震害。为揭示多断层破裂方式对地震动特性的影响,以5·12汶川地震记录为基础,推求了单、双峰地震动的峰值、持时及频谱的衰减关系式,对比分析了单、双峰地震动参数的差异性。研究结果表明:伴随多断层破裂产生的双峰地震动的峰值、持时及频谱均大于单峰地震动的相应值;单、双峰地震动参数随断层距增加的变化趋势相同,变化快慢程度不一致,表现为双峰地震动的峰值加速度和能量持时随断层距变化的变化速度要快于单峰地震,双峰地震动的峰值速度、绝对持时及加速度反应谱值随断层距变化的变化速度则要小于单峰地震。     

地震动强度对黄土地震滑坡后壁形态的影响

震害表明,不同强度地震动诱发的黄土地震滑坡形态有较大差别。利用野外调查数据统计了1920年海原特大地震诱发滑坡后壁倾角的平均值,运用颗粒流软件PFC^2D计算得到了不同地震动强度下滑坡后壁的形态特征,最后根据野外调查实例进行了验证。结果表明：(1)地震动强度是造成滑坡后壁形态差异的重要影响因素。在其他条件一定的前提下,地震动越大,滑坡后壁倾角越小,滑坡后壁位置越靠近原始斜坡的高位;(2)滑坡后壁具有坡度大、海拔高、人为改造难度大、自身含水量较低、原状黄土结构性较好等特征,稳定性较强,在野外调查中可以利用滑坡后壁倾角和滑坡后壁的形态特征快速区分诱发滑坡的历史地震。     

地震预警系统中的算法研究

通过对地震预警系统中基本算法的研究,在现有方法的基础上提出了一套地震参数快速估算的算法,以应用于地震预警系统中。该算法根据某些噪音的特殊性质,通过引入两个参数:触发时窗与取消阈值,对常用的P波初到判断方法STA/LTA(长时窗平均/短时窗平均)算法进行改进,以消除P波到达前的异常跳动点与脉冲噪音的影响,对P波到达进行识别。在识别到P波到达后,该算法实时的从P波初到后3s时窗内的竖向数据中提取出12类特征性质不同的计算参数作为估算震级,震中距等地震参数的依据,提高了震级、震中距的估算精度,减少了在大震下估算的离散性,取得了较好的结果。该算法可在地震P波到达后的几秒钟内,估算出地震相关参数,在S波到达前发出预警,并为采取相应的措施以及震后求援行动提供判断依据,达到防灾减灾的目的。     

青藏工程走廊冻土场地地震动特征初步分析

在分析青藏工程走廊冻土波速基本特征基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,考虑不同超越概率的人造地震荷载作用,对青藏高原多年冻土场地地震动特征进行分析。冻土场地地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,分别对不同冻土场地条件地震动特征进行分析,明确了活动层厚度、融冻状态及冻土层厚度等因素对冻土场地的加速度放大效应、地基土应变及反应谱特征周期变化特征。研究结果表明,尽管地表峰值加速度放大系数随活动层厚度增加而增加,然而活动层土体厚度及状态的变化不足以改变场地的固有特性,对场地特征周期影响不明显。场地的固有特性随着冻土层厚度的变化而发生变化,冻土层厚度对地震动放大效应的抑制作用随着输入地震荷载的增大越为明显。冻土层厚度对场地特征周期值影响较大,场地特征周期随着冻土层厚度增加呈对数增大趋势。     

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。     

高大建[构]筑物的共振震害

分析了国内外典型地震的共振震害个例。论述了致灾的长周期和大振幅地震波形成规律：①地震波周期随震级和震中距而增大;②长周期波出现与地基类型有关,软弱地基能传递长周期地震波,地基越软弱,越厚所能传递的波周期越长;③松软地基对地震波起放大作用,特别是表层松软、下层坚硬的地基,放大作用更显著,对高大建筑物危害更大。提出了减轻共振震害的对策。随着经济发展,高大建筑和结构物越来越多,潜在震害日益加重,研究共振震害对防震减灾具有现实意义。     

给定地震场景下的随机地震动降维模拟∗

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766 条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型（GPRM）,并采用K-fold 交叉验证法,验证GPRM 预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。     

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。     

核电厂扩建工程设计地震动参数校核研究(英文)

核电工程从预可行性研究到正式施工设计,往往有一个很长的周期。以秦山核电二期工程建设项目为例,地震动参数确定是在十多年前完成的,因此其设计地震动参数的校核工作应当在吸收这十多年来我国在活动构造识别、地震活动的不均匀性处理、地震区带划分、潜在震源区的识别和参数确定、地震动衰减等方面的最新研究成果的基础上进行。研究结果表明,新增的地震地质资料进一步补充了原工作报告对地震地质研究的结论,地震的活动特征则没有发生根本变化;工作区内破坏性地震的平均震源深度约为12 km,与全国平均震源深度(约为15 km)有差别。在对工作区地震地质、地震活动背景最新研究的基础上,考虑本地区有代表性的不同潜在震源区的划分方案,分别采用对应的地震动参数衰减关系进行地震危险性概率分析计算,校核后综合确定秦山核电二期扩建工程厂址的极限安全地震动SL-2为0.15 g,这与1990年的结论一致。本文提出的核电扩建工程地震动参数校核工作的技术路线,可供类似的重大工程地震动参数校核参考。     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

考虑地震动频谱成分的高层结构易损性初步研究

历次震害表明,地震动的频谱特征与高层建筑的破坏程度密切相关。但在此前的高层建筑易损性曲线的相关研究中,并没有考虑地震动频谱特征对于易损性曲线的影响。为建立考虑频谱特征的易损性曲线,在分析已有震害案例的基础上,计算分析了两栋实际高层结构在695种工况下的时程反应,利用多因素方差分析和联合分析定量分析了地震动特征周期对高层建筑破坏的影响,并初步建立了层数约为20层的高层结构考虑地震动特征周期的结构易损性曲线,为其他高层结构易损性研究提供参考。     

海底地震动特性及相关谱研究

利用日本K-NET与美国SEMS台网中海底强震记录研究了海底地震动特性。通过分析水平反应谱、竖向与水平加速度反应谱的比谱和弹塑性反应谱,比较了海底与陆地地震动的区别。发现海底竖向地震动的峰值加速度明显更低。在大于0.2s的周期段,海底水平地震动反应谱大于陆地谱值,而且海底谱具有更长的特征周期,并随震中距增长而增大。此外,海底地震动的竖向与水平加速度反应比谱与陆地地震动的差异很大,在小于1s的中短周期段海底地震动的比谱明显更小。根据不同的震级与震中距的真实地震动记录,提出了中等地震下不同震中距海底地震动比谱的简化设计方程。最后,比较了海底与陆地地震动的弹塑性反应谱,可知总体上海底与陆地的等延性强度折减系数谱差异不大。     

溧阳地区强震动台站场地特征研究

介绍了溧阳地区强震动台站分布情况,对其近年来获得的强震动记录进行初步分析,采用水平竖向谱比法研究其中3个台站的场地特征。利用卓越周期划界法对台站场地进行了初步的类别划分。结合典型台站场地的钻孔资料计算卓越周期和划分场地类别,并进行对比分析。研究结果表明,基于强震动记录的HVSR曲线的卓越周期和谱型能够较好的体现台站的场地特征,且HVSR法能突出不同场地的地震反应特征。     

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。