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。

《世界地震工程》征稿简则

《世界地震工程》是由中国地震局主管、中国地震局工程力学研究所与中国力学学会共同主办的,地震工程科学领域的建筑工程和其他土木工程结构抗震、防震和减灾的专业科技期刊。1985年正式创刊,季刊,每季初月末出版。科学出版社出版,国内外公开发行。本刊系中国自然科学核心期刊、中国核心期刊(遴选)数据库源刊、中国科技论文统计源刊。该刊既是地球科学类核心期刊(中国科技期刊引证报告(核心版)),同时也是建筑科学类核心期刊(中文核心期刊要目总览)。

基于环境激励的厦门财富中心动力参数实测分析

为揭示环境激励下不同测点反映的模态信息情况,在厦门财富中心布置结构台阵获取环境激励下的结构振动响应。采用Welch平均周期图法获得功率谱密度(power spectral density,PSD)曲线,并在此基础上识别结构模态参数。比较不同测点的PSD曲线和模态识别结果,并与有限元结果进行对比。结果表明:1)结构基底、自由场地和基岩场地三个测点PSD曲线在0.1~1.0 Hz频段高度相似,该频段是由场地次级微地震引起的;不同之处在于结构基底测点PSD曲线Z向峰值是结构竖向基频,而自由场地峰值是场地基本频率。2)结构低楼层测点主要反映其测试方向上的模态频率,而高楼层测点能够反映多方向的模态频率。高楼层测点反映的模态信息更丰富,但易受到密集模态的影响。3)有限元结果与实测结果接近,表明有限元模型可以较好地反映结构的真实动力特性。

废弃玻璃粉风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究玻璃粉等质量取代20%水泥与风积沙等质量取代30%天然砂对混凝土柱抗震性能的影响,本文设计和制作4根混凝土柱试件。第1根是普通混凝土柱,第2根是玻璃粉等质量取代20%水泥的混凝土柱,第3根是风积沙等质量取代30%河砂的混凝土柱,第4根是同时用玻璃粉和风积沙分别等质量取代20%水泥和30%河砂的混凝土柱。通过低周往复荷载试验,对比分析各个试件的破坏形态、承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、延性系数、刚度退化规律和变形特点。结果表明:20%取代率的玻璃粉取代水泥和30%取代率的风积沙取代天然河砂均能提高混凝土柱的抗震性能,降低构件破坏程度;基于试验结果、Fajfar和Park-Ang提出的地震损伤模型,对其耗能因子β进行修正,得到了修正后的Park-Ang损伤模型,并与废弃玻璃粉风积沙混凝土柱的试验过程吻合较好。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

自复位浮置物隔震系统的动力试验与数值分析

提出了一种自复位浮置物隔震系统,该系统采用双层正交导轨隔离水平地震,并通过预拉弹簧绳实现自复位。考虑系统摩擦与弹簧绳刚度,建立了自复位浮置物隔震系统的理论模型,完成了不同工况下的隔震系统振动台试验,结果表明输入地震波的加速度峰值越高,隔震系统的隔震率也会相应提升。在输入地震波加速度峰值为0.15、0.2、0.4、0.62 g时,隔震系统平均隔震率分别为50%、58%、75%、82%。在相同峰值的地震波及楼面波地震动输入下,隔震系统均具有良好的隔震效果且能够实现系统自复位。最后建立了浮置物隔震支座-浮置物体系的有限元模型,验证了隔震系统理论模型的有效性。

城市地震次生火灾蔓延模型研究

地震次生火灾是震后发生最为频繁和造成灾害损失最为严重的次生灾害。随着城市化进程的加快,原本城乡结合处的老旧建筑成片区大量存在,一旦地震发生,建筑破坏尤为严重,区域建筑密集等因素为次生火灾的发生和蔓延提供了基础条件,因此对城市地震次生火灾研究显得尤为重要。从工程应用出发,通过确定火灾蔓延的经验参数,建立了基于建筑的城市地震次生火灾蔓延模型,模型主要包括建筑内火灾蔓延和相邻建筑之间的火灾蔓延两个过程,模型中考虑了建筑结构类型、地震对建筑破坏、风速和风向和相邻建筑蔓延的极限距离等影响因素对蔓延的影响。利用1995年日本阪神大地震中水笠公园周边建筑火灾蔓延实际数据,与本文建立的模型模拟结果进行对比分析,说明该模型具有较好的可信度。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱耗能能力及延性分析

对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验,观察了组合柱的破坏形态及特征,获取了组合柱的滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、延性系数及侧向位移角等性能指标,分析了再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率和圆钢管径厚比等参数对组合柱耗能能力及延性的影响规律。结果表明:反复荷载作用下组合柱呈压弯塑性铰破坏模式;组合柱的荷载-位移滞回曲线饱满呈纺梭形,屈服位移后的等效粘滞阻尼系数在0.30~0.48之间,平均位移延性系数大于3.0,极限侧向位移角介于1/30~1/20之间且均大于规范限值1/50,组合柱表现出良好的耗能能力和延性。此外,组合柱的耗能能力和延性受再生粗骨料取代率的影响较大,全再生混凝土较普通混凝土耗能能力下降14.5%;增加钢管壁厚或型钢配钢率有利于提升组合柱的耗能能力和延性,而增大轴压比则对组合柱的延性和变形不利;内置型钢采用箱型截面时,组合柱耗能及延性最优,与工字型钢相比,采用箱型截面型钢的组合柱耗能能力和延性分别提升了23.5%和51.9%。

考虑地震动衰减特性的西安市断层近场区域划分

相较于普通远场地震动,近断层地震动破坏特性更为复杂,引发的危害也更为严重。西安市及周边地区存在多条大型正断层,对其城市建设规划隐患重大。本文以PEER(美国太平洋抗震研究中心)正断层地震动记录为主,使用参数标准化、均值化及汉宁窗平滑化等方法对地震动参数进行了处理,然后根据统计回归分析及最小二乘法线性拟合确定了近正断层地震动的临界断层距,并据此划分了西安近断层地震动区域范围。结果表明:西安周边正断层临界断层距在10~17 km之间,且水平振动的近断层区域范围总是稍大于竖向振动;从西安外环高速内近断层地震动区域划分结果可以看出,西安城区大部分为近断层地震动区域。研究结果可为西安地震小区划及抗震减灾提供一定的科学依据。

基于网格化和雷达图的建筑抗震设防最优烈度决策模型研究

目前的建筑抗震设防最优烈度研究主要是从经济性或安全性进行考虑,然而合理的建筑抗震设防最优烈度需要综合考虑经济和安全性指标。本文将研究区域进行网格化,结合其周围历史地震数据进行地震危险性分析,以经济性指标和安全性指标作为抗震设防最优烈度评价指标;运用博弈论组合赋权法确定各指标权重,建立基于网格化和雷达图的建筑抗震设防最优烈度决策模型,将该模型运用到四川省崇州市钢混结构和砖混结构的抗震设防研究中。通过对比分析该模型数据发现:钢混结构按8度设防时,相比于6度、7度和9度设防,其抗震设防综合效益分别提升57.2%、29.6%和3.9%;砖混结构按8度设防时,相比于未设防、6度、7度和9度设防的抗震设防综合效益分别提升60.6%、19.2%、2.4%和1.9%。因此,崇州市钢混结构和砖混结构按8度设防时,为最优抗震设防烈度,抗震设防综合效益最佳,验证了该模型的有效性。

2022年四川泸定 M_(s)6.8地震强震动特性研究

北京时间2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生M_(s)6.8级地震。国家强震动台网获得了133组三分量加速度记录,在对记录进行初步筛选和滤波后,研究了PGA和PGV衰减关系、竖向地震动特点、地震动速度脉冲,对比分析了反应谱和设计谱,着重对石棉挖角台站附近震害与地震动的相关性进行了分析,结论如下:1)三种台站强震动记录的PGA和PGV拟合曲线都比较相近,PGA、PGV拟合曲线与霍俊荣的预测模型较为接近;2)竖向地震动偏大,约38.2%的强震动记录V/H大于2/3,可能是屋顶塌落、柱子扭转和天花板坠落等震害现象出现的主要原因;3)识别出具有速度脉冲特性的记录11条,该类记录对长周期结构影响较大;4)所选记录反应谱大多超过了罕遇地震设计谱水平段,具有速度脉冲特性的051SMW台站周围房屋破坏较严重,人员伤亡较重。

考虑地震波输入差异的二维兰州盆地地震效应研究

利用谱元法和多次透射边界相结合的数值模拟方法,探讨了不同地震波输入时,具有大盆地内嵌小盆地特征的二维兰州盆地构造对地表地震波传播、地表峰值加速度(PGA)及其放大系数,以及频域放大特征等影响,分析了地表地震动的放大特征与盆地横向不均匀构造之间的关系。结果表明:1)当输入波的卓越频率接近小盆地最深处的一阶自振频率时,小盆地发生整体共振现象,进而显著改变地震动或放大系数的分布特征。大盆地边缘形成的次生面波在进入更为松散的小盆地时分化为波速差别显著的两阶面波,且盆地较陡一侧边缘形成的面波强度更大。2)无论何地震波入射,盆地内的最强烈地震动集中于小盆地边缘区域,大盆地较陡一侧边缘上方的区域是次强烈地震动放大区,而盆地基底倾角较缓的一侧边缘区域基本无边缘效应。3)兰州盆地基底形状对地震动的分布特征影响强烈,盆地地表地震动的放大系数受输入波的影响明显。4)水平和垂直分量的地震动及放大系数分布特征差别显著,垂直分量上在大盆地较陡一侧边缘及小盆地内形成两个显著放大区,最强烈放大效应区域靠近小盆地中心,而水平分量上的强烈放大区域主要出现在小盆地内的边缘区域。此外,地表不同位置处的频域放大特征也存在明显差别。

基于K-means算法的建筑群震害分析模型缩减方法

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类算法,首先基于建筑结构属性向量对建筑群进行聚类,将相似的建筑结构聚为一组;然后从每组选取一个代表建筑组成建筑群缩减模型,通过减少需要分析的建筑结构数量来减少建筑群震害模拟的计算量。本文对传统的K-means算法进行改进,通过设定组内建筑结构的差异上限自动调整聚类分组数量;提出将具体地震动作用下结构地震损伤指数作为结构属性向量进行聚类,并通过算例对比分别采用两种缩减模型,即基于损伤指数聚类的缩减模型与基于结构力学模型参数聚类的缩减模型,计算结构损伤状态准确程度。对比结果表明:在聚类分组数量相同的情况下,基于损伤指数的分组明显优于基于模型参数的分组,采用模型缩减方法能够在保证足够计算精度前提下显著减少建筑群震害模拟计算量和计算时间。

城市结构抗震韧性评估研究新进展

城市结构是城市抵御地震灾害的关键载体,其抗震韧性要求在地震作用下具有快速恢复结构使用功能的能力。通过抗震韧性评估定量反映结构地震损伤及恢复程度,可为制定城市结构韧性提升策略提供依据。本文系统地梳理了城市结构抗震韧性评估研究现状。首先,介绍了结构抗震韧性的基本理念,从韧性指标、韧性模型、韧性水平及韧性评估四个方面总结了国内外关于城市结构抗震韧性评估的研究成果;其次,探讨了城市结构抗震韧性评估的发展趋势。已有研究表明:结构抗震韧性评估的研究在评估方法高效化和韧性模型精细化方面取得了较大进展,但仍然面临功能恢复模型不完善和韧性评估工程实践案例较少等诸多挑战;最后,对未来研究方向进行了展望,可为后续城市结构抗震韧性评估研究提供参考。

预压碟簧自复位钢筋混凝土桥墩恢复力模型与滞回性能研究

为减小钢筋混凝土桥墩在地震中的损伤并且实现经济快速的震后恢复,提出一种新型预压碟簧自复位钢筋混凝土桥墩(PDS-SCCP)。文中对PDS-SCCP的整体构造和工作原理进行了详细介绍,并建立了反映其滞回特性的恢复力模型。采用ABAQUS建立PDS-SCCP的数值模型,并将ABAQUS计算结果与恢复力模型进行对比分析。结果表明:文中建立的恢复力模型能够较准确地描述PDS-SCCP的滞回特征;在往复荷载作用下,PDS-SCCP可以实现预期的工作机制,其塑性损伤集中于可更换耗能装置,混凝土墩身基本保持弹性,复位装置能够稳定地为桥墩提供恢复力。

柱脚设角钢的高强钢棒混凝土方柱抗震性能研究

以低粘高强钢棒作为主筋的混凝土柱,能在直至大变形阶段均具有稳定增长的承载力和较小的残余变形,有良好的自复位性能,但耗能能力较延性柱弱。该研究在高强钢棒混凝土方柱的柱脚配置角钢,在保证高强钢棒混凝土柱良好自复位性能的基础上提高其水平承载力和耗能能力。设计并制作了4根柱脚配置角钢和1根无角钢的高强钢棒混凝土方柱,进行低周往复加载试验,研究柱脚有无角钢、角钢厚度和轴压比、剪跨比对柱水平承载力、残余变形和耗能能力的影响。试验结果表明:所有高强钢棒柱加载直至位移角4%仍保持持续增长的承载力,加载位移角为2%和4%时的残余位移角分别在0.5%和1%以内,构件可修复概率分别能达100%和50%;与无角钢柱相比,相同轴压比的柱脚配置角钢的混凝土柱受弯承载力提升率达47%,单循环耗能提升最大达94%,累积耗能提升达24%;随着剪跨比的增加,试验柱的承载力下降;随角钢厚度的增大,承载力提升率增大,而耗能提升率减小。

匹配不同目标谱对RC框架结构易损性和抗倒塌能力的影响

选取合适的目标谱进行地震动记录的选择与调整是结构易损性分析的基础。首先,基于条件均值谱不同的参数设定,选取3组地震动记录;其次,运用谱匹配方法分别对设计谱和条件均值谱进行匹配。输入匹配前后共9组地震动记录对5层钢筋混凝土框架结构进行多重地震动强度水平的增量动力分析,提取工程需求参数如最大层间位移角和最大残余层间位移角,进而分析谱匹配效果的偏差指标以及不同损伤状态下的易损性分析和结构抗倒塌安全储备系数(CMR)。分析结果表明:谱匹配方法可以有效减小结构易损性的离散性;地震动记录的选择与谱匹配的目标谱相同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T_(1),5%)值和CMR都未发生明显偏差;而当地震动记录的选择与谱匹配的目标谱不同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T 1,5%)值和CMR作为两个指标可能会得到不同的偏差结果。

强震作用下跨断层管道柔性接口抗震加固研究

强烈地震引起的地面永久性大变形是导致埋地供水管线损坏的主要威胁之一。该研究借鉴链式结构的设计思想,基于传统承插式管道接口形式,研发了一种新型管道抗震接口,其可支持一定的轴向伸缩自由变形。当接口变形量达至极限状态时,接口发生自锁现象并能提供较高的抗拉承载力,进而带动相邻管道滑移,以抵消断层错动引起的变形量。针对新型抗震接口开展了轴向力学性能试验,并建立了跨断层下的管线数值模型;同时,数值结果与相关全尺寸试验进行对比验证。该研究以土体压实条件和断层穿越管道位置作为关键变量,研究了加固前后断层错动下承插式管道的力学响应。研究结果表明:提出的抗震接口能够有效地提高管道抵抗地面大变形能力,并且提高接口的轴向抗拉拔能力是提升管道抗断层错动能力的关键;对于松砂土跨断层下的承插式管道接口震损较为严重;断层穿越管道不同的位置会造成不同的接口变形规律;国内规范中管道接口的转角限值过于保守,不利于对跨断层承插式管道安全性能进行合理验算。

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明:1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。