甘肃积石山 M_(s)6.2级地震的震害特征与启示

2023年12月18日,甘肃省临夏回族自治州积石山保安族东乡族撒拉族自治县(35.70°N,102.79°E)发生了6.2级地震,震中烈度为VIII度。地震发生后,通过实地烈度评估与科学考察,对震区VI~VIII度区不同建(构)筑物与生命线工程的震害特点进行了统计分析;从抗震设计与施工管理、场地放大效应与地震次生灾害对建筑结构抗震性能的影响等角度,提出了此次地震的震害启示。结果表明:1)严重破坏和毁坏的建筑结构主要集中在老旧的土木结构、砖木结构和无设防或设防不规范的砖混结构。2)造成建筑结构破坏的主要原因是少量自建房抗震设计和施工的不规范、场地放大效应和地震次生灾害。3)优化和改良生土砌筑材料,改进纵横墙间的拉结措施,强化结构整体性是提高土木结构抗震的有效方法;普及“上下圈梁与构造柱”等基本抗震设防措施,规范水泥砂浆强度,提升农村工匠的施工水平,可有效提高砌体结构的整体性,避免房屋出现整体性垮塌;室内洗手间的墙体应该与房顶、纵横墙间建立有效联接,提高结构的抗震性能。4)孤突斜坡、河流高阶地与岸边为抗震不利地带。当建造用地极为匮乏,不得不选址在这些场地之上时,应该综合考虑场地的地形地貌特征、岩土体物理力学特性、水文地质条件、抗震设防目标、建筑结构类型等影响因素,做好地震灾害风险评估,根据评估结果进行科学设防。灾后重建过程中,应由政府统一规划选址、统一设计,规范施工。

装配式可更换分级屈服耗能连接集成形状优化及试验研究

为增强装配式混凝土框架结构的可恢复性,提出一种可更换分级屈服耗能连接,通过在梁-柱节点处设置该连接可实现对结构屈服过程的有效控制。针对分级屈服耗能连接中的弯剪部件,基于等效应力屈服强度理论推导得到弯剪部件考虑等应力屈服的形状曲线,通过Python集成Abaqus数值模型和优化算法获得低周疲劳性能最优的形状曲线。对5个分级屈服耗能连接试件开展低周往复加载试验,研究其滞回性能和变形能力等抗震性能,评价形状优化后分级屈服耗能连接的性能水平,并对弯剪部件影响参数进行分析。结果表明:优化后弯剪部件的塑性应变分布更加均匀,耗能能力和材料利用率明显提高;同时弯剪部件经优化后的分级屈服耗能连接试件变形能力显著增强;随着弯剪部件的等应力屈服高度比或高宽比减小,分级屈服耗能连接的承载能力和耗能能力均逐渐提高,但刚度退化速率逐渐加快;各试件变形及损伤主要集中在弯剪部件和屈曲部件,且均实现了分级屈服的耗能机制,说明分级屈服耗能连接能够有效控制结构的屈服过程。

主余震作用下塔尔寺中心大塔响应研究

目前对建筑结构进行主余震序列作用下的动力响应研究表明,主震过后的余震往往会造成结构损伤的累积,导致结构裂缝扩展甚至倒塌,但主余震分析在土遗址的分析中却应用较少。以锁阳城塔尔寺中心大塔为研究对象,基于目标谱匹配方法选取6条自然地震动记录调幅,进行单一主震与主余震序列作用下的动力响应分析。结果表明:加速度与位移响应沿佛塔高度的变化趋势在主震作用与余震作用下基本一致,加速度与竖向位移最大值位于佛塔顶点,而水平位移最大值位于覆钵体与塔身结合处;结构在主震作用下产生塑性损伤后,余震会扩大损伤的范围和程度,且损伤严重的部位扩大效果最明显。通过以上分析得到塔尔寺中心大塔的薄弱位置,提出在合适部位进行支护加固等改进措施。

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。

极罕遇地震下大底板双塔楼PC隔震结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下大底板双塔楼PC隔震结构的抗震性能,采用ANSYS有限元软件对大底板双塔楼RC隔震结构和PC隔震结构进行了有限元模拟.对比分析了罕遇、极罕遇地震作用下两种结构的楼层位移响应、底板应力分布等动力响应和能量耗散情况.结果表明:相比RC结构,PC结构的自振周期和楼层位移响应增大,顶层加速度减小,上部结构塑性耗能增加,损伤严重;极罕遇地震作用下,两结构的隔震层变形显著增大,但耗能能力相对降低,上部结构耗能占比增大,建议在隔震设计时考虑使用较大直径隔震支座;极罕遇地震作用下,两结构塔楼连接位置处的大底板应力峰值均明显增大,故设计时应对塔楼连接位置采取相应的加强措施.

非均匀冻胀条件下铁路纵向变形模型及参数分析

我国是冻土分布大国,寒区铁路轨道普遍遭受地基土冻胀影响。以往的研究偏重地基土的冻胀特征,而对纵向非均匀冻胀变形下铁路与地基土的相互作用关注较少。基于双层弹性地基梁理论,建立铁轨-轨下基础在非均匀冻胀变形作用下的力学模型,给出模型的解析解,结合算例分析夹层弹性系数和冻胀量对轨道位移和内力的影响。结果表明:弹性夹层可以有效减弱铁轨的冻胀变形和应力响应,有利于维护铁轨的运营;铁轨和轨下基础的过渡段长度、凹凸弯折段处的剪力、弯矩随着冻胀位移的增大而增长;夹层弹性系数增大会导致冻胀力对轨下基础的影响逐渐向轨道转移;过渡段的长度只与冻胀量有关。文章提出的计算方法和分析结论可为寒区铁路设计和运营维护提供科学指导。

基于迁移学习的青藏高原东北缘地震诱发滑坡易发性评估模型

通过研究,旨在提出一种迁移学习方法,以应对机器学习在缺乏历史滑坡点数据的大区域很难取得良好的评估效果的挑战。首先,通过结合10个影响因子利用随机森林算法对2013年芦山7.0级地震极震区进行预训练,得到高精度的预训练模型。随后,采用直推式迁移学习方法进行初始迁移,并利用“半监督”评估方式补充青藏高原东北缘地区的标签数值点。最后,利用归纳式迁移学习进一步训练预训练模型,得到在青藏高原东北缘地区评估更准确的地震诱发滑坡易发性评估图。此外,使用Kullback-Leibler散度计算迁移前后区域影响因子数据的相似性,并对2022年泸定6.8级地震极震区进行评估应用,验证基于迁移学习的青藏高原东北缘地震诱发滑坡易发性评估模型的准确性。研究结果可为该区域地震诱发滑坡灾害预防提供一定的参考。

装配式可更换分级屈服耗能连接疲劳试验及变形性能研究

针对装配式混凝土梁-柱节点,提出一种可更换分级屈服耗能连接(replaceable graded-yielding energy-dissipation connector,RGEC),以实现结构屈服损伤可控并增强震后可恢复性。为研究RGEC的疲劳性能、耗能能力等力学性能,对5个试件开展低周往复加载试验。试验结果表明:RGEC具备良好的疲劳性能和稳定的滞回性能,其滞回曲线表现出明显的分级屈服机制;各试件在正常工作阶段的刚度、承载及耗能能力基本稳定,接近破坏时依然保持较充分的性能储备,破坏形式主要表现为弯剪段的弯剪破坏。针对RGEC弯剪段和屈曲段的变形性能,基于ABAQUS软件开展参数分析。结果表明:屈曲段的应变分布不均匀现象随着宽厚比或约束间隙的增大逐渐加重,同时其屈曲波数随宽厚比的增大逐渐增加;弯剪段的变形模式随着等应力屈服高度比或高宽比的减小逐渐由弯曲变形转变为剪切变形。

PC隔震框架预制单元拆分及整体结构地震损伤分析

为研究不同预制单元拆分方式对装配式混凝土(PC)隔震框架抗震性能的影响,考虑预制构件节点拼接位置的不同,选取了3种PC隔震框架预制构件的拆分方式,即梁柱节点与梁柱整体预制的拆分方式1、多层柱与节点整体预制的拆分方式2以及传统梁柱节点区后浇的拆分方式3。利用有限元软件ABAQUS分别建立了采用3种不同拆分方式的5层装配式隔震框架PCIF-1,PCIF-2,PCIF-3及对应的现浇隔震框架RCIF,并对地震作用下结构变形、层间位移角和结构损伤耗能等进行了对比分析。结果表明:相较现浇结构,装配式结构刚度较弱,罕遇地震作用下,装配式隔震框架层间位移和隔震支座变形增大,上部结构损伤更为严重,隔震层损伤略微增加;不同拆分方式下,装配式隔震框架损伤程度和位置分布不同,现浇结构集中于底层柱端,装配式结构连接界面处较为薄弱,应力较大;采用拆分方式1,2的装配式隔震框架PCIF-1和PCIF-2均满足抗震需求,受力性能良好;综合考虑结构受力和施工方便,建议采用拆分方式1对装配式隔震框架进行预制构件拆分。

门源M_(S)6.9地震诱发明长城山丹段破坏机理分析

2022年1月8日青海门源发生了M_(S)6.9地震,造成位于低烈度区的甘肃省山丹县境内明长城墙体局部坍塌。作为国家重点文物保护遗址,其坍塌墙体距离此次地震震中114 km,地面振动强度相对较弱,因而其地震破坏机理值得深入研究。地震后,对已坍塌长城墙体进行工程地质调查、病害调查,然后结合调查结果进行理论分析与数值模拟来研究坍塌墙体震害机理。结果表明:此段长城墙体掏蚀病害发育,墙体构造裂缝暴露,尚无保护措施;坍塌墙体临近国道和便道,环境振动效应明显;墙体南北两侧风化差异性明显,北侧墙体含水率较高,夯土强度较低;墙体既有病害加剧了地震惯性力的影响,导致低烈度区长城墙体发生局部坍塌。此次地震对甘肃河西地区明长城遗址保护具有警示意义,研究结果为后期明长城抗震保护提供一定的科学依据。

基于减、隔震联用的钢结构动力响应分析

基于减、隔震联用能为结构提供多道抗震设防的思想,提出了一种适合高烈度地区建造高层钢结构的应用技术。为了研究减、隔震联用对高层钢结构的减震特性,对比分析了层间隔震位置的布置规律,根据结构层间剪力和楼层加速度值对比,并考虑经济效果,得出将层间隔震布置在第4层柱顶(刚度突变处)的方案。建立了传统抗震结构(模型Ⅰ),层间隔震结构(模型Ⅱ),减、隔震联用结构(模型Ⅲ)的SAP 2000有限元模型,通过反应谱分析,得到三种模型的自振周期,通过罕遇地震下8度(400 cm/s^(2))和8度半(510 cm/s^(2))的地震动计算分析,得到3种模型的层间位移、楼层加速度、层间剪力、隔震支座和防屈曲支撑的滞回曲线。结果显示:对比模型Ⅰ和模型Ⅱ,8度(400 cm/s^(2))和8度半(510 cm/s^(2))地震作用下模型Ⅲ的隔震层位移降幅分别为10.5%、14.8%;在400 cm/s^(2)和510 cm/s^(2)地震作用下,模型Ⅰ楼层加速度峰值逐渐变大,模型Ⅱ、模型Ⅲ较模型Ⅰ在隔震层以上楼层相对加速度峰值显著减少,且楼层间变化幅度不大,模型Ⅲ相比模型Ⅱ的隔震层以下楼层加速度更低;模型Ⅱ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少50%左右,模型Ⅲ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少可达到60%;400 cm/s^(2)作用时模型Ⅱ和模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.710和0.613,而隔震层以上楼层的分别为0.449和0.427;在510 cm/s^(2)作用下,模型Ⅱ、模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.741和0.602,而隔震层以上分别为0.421和0.389;罕遇地震下铅芯隔震支座(LRB)的滞回曲线饱满,最大位移达到161.6 mm(510 cm/s^(2))、124.5 mm(400 cm/s^(2)),消耗了大部分地震作用,模型Ⅲ铅芯隔震支座的滞回环较模型Ⅱ的有所减小,说明底部布置防屈曲支撑(BRB)分担了部分地震作用,与LRB联用产生互补效果;500 cm/s^(2)下滞回环较400 cm/s^(2)的明显增大。分析表明,结构布置减、隔震装置对上部楼层减震效果更显著,而且从整个结构来看,减、隔震联用结构比层间隔震结构的减震效果更优,在更高烈度地震作用下减、隔震联用表现出更佳的减震性能,更能为结构提供安全保障。