2023年甘肃积石山6.2级地震中川乡液化流滑灾害调查及诱因初析

2023年12月18日甘肃省临夏州积石山县发生了6.2级地震,地震导致青海省民和县中川乡金田村和草滩村发生特殊的流滑灾害,其规模之大、灾害之重在国内外实不多见。通过实地考察,得出了地震土壤液化是此次流滑灾害诱因的结论,且此次灾害是近70 a以来首次具有现场实证性质的液化流滑型地震灾害。调查分析结果表明:流滑区上游滑源区地下土壤液化触发了流滑,中游流通区特殊的水文地质条件加剧了流滑的发展;土壤液化潜在多区、多源特性,即中游流通区存在疑似液化区;流滑区地震动强度较大,初步估计地震动峰值加速度值为0.4(±0.1)g。调查分析结果可为认识此次液化流滑灾害提供科学依据。

甘肃积石山6.2级地震村镇建筑震害调查与分析

积石山地震对甘肃和青海部分地区房屋建筑造成了严重破坏。调查了地震烈度7度和8度地区的11个调查点的村镇建筑震害。震害调查表明:地震灾区主要为乡镇和农村地区,房屋结构类型主要为土木、砖木和未设防砖混结构;在烈度8度地区,土木结构房屋主要表现为严重破坏或倒塌破坏,砖木结构和未设防砖混结构房屋主要表现为中等破坏和严重破坏,设防砖混和钢筋混凝土框架结构房屋主要表现为轻微破坏和中等破坏;在烈度7度地区,土木结构房屋以中等破坏为主,砖木结构和未设防砖混结构房屋以轻微破坏和中等破坏为主,设防砖混和钢筋混凝土框架结构房屋以轻微破坏和基本完好为主。此次地震震害较同级别地震偏重,与震区复杂地形、地震动峰值放大效应、建筑砌筑质量差和结构受力不合理等因素相关。建议进一步开展复杂地形场地放大效应及频谱影响研究,重视建筑非结构构件抗震宣传与实用技术研发。

甘肃积石山地震村镇典型建筑震害及成因分析

2023年12月18日甘肃省临夏回族自治州积石山发生6.2级地震,此次地震造成了大量的村镇建筑破坏和倒塌,并造成了多人伤亡,是典型的“小震大灾”。文中总结了积石山地震中震区村镇建筑典型震害特点和规律,并结合建筑的结构类型、建造年代和是否具有抗震构造措施进行了典型案例分析,总结此次地震震损较为严重的原因:部分自建房屋为砖柱和土坯墙,二者缺乏有效连接,自身抗震能力差,这点从同一院落具有圈梁构造柱的房屋基本完好而不具备抗震构造措施的房子破坏严重可以说明;部分房屋不同层存在开间变化导致竖向传力不连续;结构存在大量平面布置不规则的情况;结构局部不完整或存在薄弱部位;农村自建房屋,按照工匠习惯建设,未考虑地震作用下的受力要求,需要建立质量监管体制机制。

基于相关函数和卷积神经网络的结构损伤识别

为了改善基于振动信号的结构损伤识别效果,提出一种基于相关函数和卷积神经网络相结合的结构损伤识别方法。以一铁路钢梁桥结构为例,首先通过对结构的振动响应进行自相关运算来提高振动信号的信噪比,再使用自相关样本作为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的输入可以显著提高其识别精度,且当振动信号中的噪声水平越高时,自相关样本作为CNN输入的识别精度的提升效果越明显,且自相关运算具有比快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)更强的抗噪性。使用互相关函数对结构上布置的多传感器的数据进行融合,再将融合后的信号作为CNN的输入,互相关在对2个传感器数据特征有效融合的前提下可以成倍地削减数据集的维度,减少网络运算的参数量,从而减少用时提高训练效率,且互相关样本作为网络输入同样具有较高的识别精度和较强的抗噪性。

双层带钢板暗支撑装配整体式混凝土剪力墙抗震性能研究

为研究带钢板暗支撑装配整体式混凝土剪力墙的抗震性能,设计制作1片双层带钢板暗支撑装配整体式混凝土剪力墙和1片双层带钢板暗支撑现浇混凝土剪力墙,其中装配整体式剪力墙内置钢板暗支撑在墙身与基础梁和上下墙身水平连接节点处采用双面角焊缝连接以适应施工时的安装尺寸冗余度要求。对试件进行低周反复加载试验,结果表明:采用双面角焊缝连接预制墙身内置钢板暗支撑可以适应较大的施工冗余度,并且保证暗支撑传力的可靠性;装配整体式剪力墙具有和现浇剪力墙等同的水平承载力、刚度退化水平和耗能能力;2个构件均为弯曲破坏,但装配整体式剪力墙在一层墙体后浇带与预制墙身接缝处也产生塑性铰。

积石山6.2级地震桥梁典型震害特征

调查了306省道、310国道以及川亭公路上位于地震烈度8度和7度区的桥梁。GS.N0028台站记录到的大河家镇加速度峰值超过900 cm/s~2,远超当地罕遇地震设防标准,但从调查的结果看,本次地震中,8度区的桥梁震害主要以轻微破坏为主,包括挡块破坏、主梁侧移和支座滑移,除了川亭公路上发现一桥梁的桥墩出现剪切裂缝外,其他桥梁未发现主体结构发生破坏。7度区的桥梁基本完好,橡胶支座中橡胶有变形无法恢复以及主梁位移导致挡块间距发生变化,但都不影响功能。混凝土挡块作为主梁防侧移装置,震害虽然表明其有效性,但缺乏快速恢复的特性,同时设置缓冲橡胶垫的挡块仍然发生了较严重的破坏,因此,以后需要进一步加强挡块的缓冲装置和考虑可快速恢复性能的研究。

积石山6.2级地震供水系统震害调查与分析

2023年12月18日甘肃省积石山县发生6.2级地震,造成当地各类工程结构发生不同程度的破坏,导致了重大人员伤亡。基于调查资料,总结了供水系统中的建(构)筑物、设施设备和供水管网的震害特征。研究表明:经过正规抗震设计和施工的建筑物震害较轻,表明我国抗震设计规范发挥了积极作用;低烈度区水厂设施设备因地震破坏而停运,个别设备漏油污染了水质,进而导致了供水能力下降;位于高烈度区的供水管网在老旧钢质管道连接处发生多处破坏,出现了水量不足、水压降低的情况,给居民生活造成了不利影响。最后,从采取设备减隔震技术、管道和设备接口采用柔性连接、选择供水管道材质、全面开展管网漏损排查等四个方面提出了恢复重建的建议。

悬挂结构模拟振动台试验研究

为研究设置黏滞阻尼器的悬挂结构在地震作用下的抗震性能,对采用刚性连接杆连接和采用黏滞阻尼器连接的悬挂结构进行了1/20比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、结构响应及其减振效果。研究结果表明:与普通悬挂模型结构相比,悬挂减振模型结构自振频率有所降低,结构的阻尼比得到提高,特别是第一阶频率和对应阻尼比;悬挂减振模型结构的主体结构顶部和第五层悬挂楼层的加速度峰值响应均小于普通悬挂模型结构,其中悬挂楼层的加速度峰值响应最佳减振幅度可达94.34%。悬挂减振结构主体结构顶部位移峰值响应较普通悬挂结构有明显地降低,且不同的地震波输入有着不同的减振效果,其中Taft波的减振效果最好,El Centro波次之,最后是人工波;主体结构与悬挂楼面的最大相对位移却大于普通悬挂结构,说明主次结构之间的连接越强,其相对位移就越小。同时也说明悬挂减振结构正是利用悬挂楼层的摆动和黏滞阻尼器来耗散能量,从而有着较好的耗能减振效果。

近断层SV波斜入射下进水塔的非线性响应研究

随着越来越多的水利工程在西部地区发震断裂带建设,使得水利工程遭遇近场地震动的概率也越来越大。近断层地震动由于埋深较浅,地震波垂直入射的假定已不再适用,而目前关于进水塔近断层地震动斜入射下的地震响应研究尚少。以某工程进水塔为例,建立了进水塔三维塑性损伤有限元分析模型,分析了近断层脉冲地震动SV波多角度斜入射下进水塔的非线性响应。结果表明:与地震波垂直入射相比较,近断层地震动SV波斜入射下塔顶位移、加速度响应有明显增大,并且随着角度的增大,塔体损伤面积和损伤程度均有所增大。

考虑下部结构单层球面网壳的地震动参数与易损性分析

目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型,研究下部支承体系对球面网壳动力特性的影响,选取多条三维地震动作为输入对模型进行增量动力分析,从相关性、有效性和充分性三个方面对18个地震动参数进行分析评估。并基于大量算例失效时刻的特征响应,建立了考虑下部结构的单层球面网壳的地震损伤模型。结果表明:有无下部支承对结构基频影响较大,随着下部结构高度的增加,结构基频不断减小,无支承柱结构与带10 m支承柱结构的基频相差高达24%;加速度谱强度、峰值加速度与结构地震响应的相关性、有效性及充分性均优于其它地震动参数,可作为考虑下部结构肋环斜杆型单层球面网壳易损性分析的地震动参数。与此同时,在下部支承结构相同时,矢跨比小的网壳结构抗震性能更好,所致结构倒塌的临界荷载更大;支承高度对网壳抗震性能的影响并非呈线性关系,因此,在结构设计时应合理选取下部支承结构高度。

新型万向球摆式隔震装置的设计与应用

针对浮放物体防震保护的迫切需求,研发了一款基于万向球的摆式隔震装置。首先介绍了它的构造特征与运行原理,并以某陈列佛塔为对象进行方案设计,利用有限元软件模拟万向球与圆盘间的接触关系,评估该装置的承载能力;然后通过试验验证了内部阻尼机构力学模型的准确性,采用时程分析法检验了该装置在8度极罕遇地震作用下的隔震效果,并与传统滑动摩擦摆的减震性能进行了对比。结果表明,该隔震装置不仅结构简单、性能可靠,而且具有摩擦系数低,起滑加速度阈值小,阻尼灵活可调的特点。装置中的点面接触具有一定的承载能力,能够满足设计需求。端部设置黏滞阻尼器的阻尼机构表现出明显的速度相关性,阻尼力会随速度的增大而增大。该装置隔震性能良好,在满足位移限值的情况下达到了设定的隔震目标,而且相比于传统型,在位移和加速度响应均需兼顾的情况下,通过合理调整阻尼机构的性能参数,该装置在各地震工况中能够取得更优的综合隔震效果。

轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应

为研究轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应,进一步完善饱和地基的振动传播和衰减规律,将轨道不平顺引入饱和地基2.5D有限元,通过Fourier变换得到频域-波数域表达式,对比分析准静态荷载与不平顺条件下高铁列车运行对饱和地基加速度、位移和孔隙水压力的影响规律。研究结果表明:列车速度较低时,2种条件下列车引起的饱和地基振动相差不大,随着列车速度提高,轨道不平顺使饱和地基的加速度幅值和位移幅值显著增大,且在时程曲线规律上呈现更强的波动性;轨道不平顺对轨道中心加速度频谱影响较小,列车在低速和高速运行时,2种荷载的频谱规律均基本一致,主频分布也基本相同,轨道不平顺条件下仅各频段加速度大小略有增加;轨道不平顺会大幅增加高速列车运行引起的饱和地基孔隙水压力,且随着深度增加孔压迅速衰减。

层状地基对脉冲风洞天平基础振动特征影响分析

由于脉冲风洞天平基础在飞行器风洞试验中起支撑作用,为深入研究层状地基对天平基础振动特性的影响,推导了层状地基上天平基础在脉冲载荷作用下的阻抗函数,利用简化模型建立基础的动态响应方程,并将简化模型的动态阻抗函数与基础-地基系统的动态阻抗函数进行等效处理,求得层状地基上天平基础在脉冲风洞载荷作用下的动力响应,并通过数值模拟进行验证。研究结果表明:随着载荷频率的增大,基础的竖向振幅、水平向振幅和回转角度逐渐减小;荷载幅值的增大导致基础振动最大振幅增大,振动频率保持不变;地基剪切模量的增大导致基础振动最大振幅递减;基础尺寸的增大引起基础振动最大振幅和振动频率的明显下降。另外,基础的竖向振幅随基础层深比的减小而增大,而水平向振幅和回转角度随层深比的减小而减小;地基剪切波速的增大对竖向振幅的影响较小,而对水平振幅和回转角度的影响更为显著。

多台地掉层RC框架结构扭转效应及控制研究

山地掉层结构考虑坡地开挖工程量、边坡稳定性等因素,常需设置多个接地端,导致结构平面和立面不规则,扭转效应显著。为研究3个不等高接地端的多台地掉层钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的扭转效应及控制措施,通过拟静力试验和振动台试验结果验证了有限元模型的可靠性,对建立的16个不同结构参数的有限元算例模型进行了弹性和弹塑性动力有限元分析,研究了此类框架结构扭转效应受接地端跨数、总掉层数、中接地端掉层数等因素的影响程度;通过算例分析对比了不同扭转控制措施的效果。研究结果表明:弹性状态下,3台地掉层RC框架结构在中接地层和上接地层处扭转效应显著,总体扭转效应小于对应的2台地掉层RC框架结构;而当结构进入弹塑性状态后,通过降低结构掉层部分长度在顺坡向总长度上的占比,可有效缓解结构的扭转效应;在3台地掉层RC框架结构中设置水平接地构件、钢支撑和黏滞阻尼器均能改善扭转效应,对于岩质边坡,设置水平接地构件对各扭转效应指标的改善最好。

2023年积石山地震重要公共建筑吊顶震害调查分析

对2023年6.2级积石山地震中公共建筑内部吊顶开展了震害调查及分析,并以积石山县大河家镇大河家中学教学楼、中西医结合医院门诊楼以及中国邮政银行会议室3处典型震害为例,分析了在以往的公共建筑吊顶震害调查及研究中较少涉及的铝扣板吊顶、间接悬挂式吊顶的新震害现象及典型震害特征。研究表明:铝扣板边角锋利,卡入式连接对龙骨网格平整度要求较高,此类吊顶如若用于抗震要求较高或人员较为密集的建筑内,建议进行专门的抗震分析,以避免坠板伤人或妨碍人员逃生。此外,在吊顶地震损伤评估中,除坠板率外,还应考虑龙骨网格变形等因素。应加强吊顶中照明单元与主体结构连接的可靠性以避免其在地震中出现大量坠落。研究结果可为公共建筑吊顶抗震研究与工程应用提供参考。

基于修正Winkler模型的有限深度地基支承梁振动抑制

弹性地基对其支承结构的振动通常具有抑制作用,其中的土-结构相互作用效应对结构物动力学特性的影响具有非线性能量汇的典型特征。基于修正Winkler模型将有限深度弹性地基等效为非线性能量汇系统的附加质量,开展了简谐激励下弹性地基对其支承有限长梁的振动抑制效果分析和参数优化研究。采用Galerkin方法离散控制方程,应用增量谐波平衡法和弧长延拓法分析了弹性地基上简支梁的非线性动力响应。利用数值方法验证理论结果正确性,进而通过参数分析和多参数优化,揭示了有限范围地基对其支承梁动力响应的抑制效果,探明了弹性地基非线性刚度和阻尼的最佳参数范围。结果表明,通过工程技术手段将土体参数调整到最佳范围后,可实现有限长梁振幅衰减率达96%以上,且具有较宽的减振频带。

空间异形拱桥振动台试验设计

振动台试验是研究大型结构复杂动力特性和地震响应的有效手段,由于振动台尺寸和载重的限制,合理设计缩尺模型结构是振动台试验成功的关键。基于量纲相似法及弹性相似律,取1∶20的几何相似比,以某空间异形拱桥为原型,开展了其关键参数动力缩尺模型设计。首先,通过有限元数值分析,分析了动力作用下原桥模型与缩尺桥模型的动力特性、关键部位内力与位移等响应,以验证缩尺模型的合理性;并在选取合理地震动作用下,开展了结构时程响应分析。研究结果表明:缩尺模型桥与原型桥前10阶模态完全吻合且频率误差小于7%,关键截面内力、位移和加速度等响应误差未超过10%,缩尺模型桥可较好地反映原桥动力特性和响应特点。研究成果可为空间异形拱桥振动台抗震设计提供技术支撑并为同类桥梁振动台试验提供参考。

矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

双壳体核电厂空间减震结构的竖向动力试验研究

为降低核电厂内安全壳的竖向加速度,提出了一种双壳体空间减震结构,基于该结构的力学特性建立了简化三质点三自由度动力模型,进一步给出了结构响应传递函数并进行了参数分析,明确了结构质量比、阻尼比和频率比对结构竖向地震响应的影响规律,完成了双壳体空间减震结构的缩尺振动台动力试验。结果表明:双壳体空间减震结构可减小内安全壳的竖向加速度,减震率为12.23%~27.84%。双壳体空间减震结构的振动台试验响应结果与理论计算值吻合较好,验证了所提出的双壳体空间减震结构简化模型的准确性以及双壳体空间减震系统的有效性。

跨断层工程输入地震动模拟及地震响应

为解决跨断层结构输入地震动的问题,揭示其地震响应规律,基于断层物理模型并引入等效脉冲函数,构建考虑地震动空间变化特征的转换矩阵,提出一种高、低频叠加的混合模拟方法,实现断层两侧输入地震动的模拟。首先,依据建立的桥址场地断层模型,采用随机有限断层方法生成目标点位的高频地震动;再由走滑断层两侧地震动的脉冲效应和永久位移的特征,采用不同的等效脉冲模型分别模拟断层平行向和法向的低频脉冲分量,两者在截止频率处采用Butterworth滤波器进行高通和低通滤波,依据场地模型以及走滑断层两侧地震动的空间相干性,建立转换矩阵以模拟其空间变异性,最终将匹配滤波后的高、低频分量在时域叠加得到断层两侧的输入地震动。从时程、频谱以及结构响应三方面验证了模拟结果的合理性。以实际的跨断层悬索桥为研究对象,基于OpenSees建立全桥的三维有限元模型,采用模拟的断层两侧地震动进行动力时程分析。研究结果表明:桥梁跨断层的角度和位置,以及永久位移幅值对跨断层桥梁地震响应有显著影响,较大的残余内力和残余位移是造成跨断层桥梁破坏的重要原因。