基于地震动反应谱与傅里叶谱确定场地卓越频率的差异性

强震动记录的HVSR法常用于评估场地卓越频率,计算强震动记录HVSR时常采用加速度反应谱或加速度傅里叶谱,但两者会给出不同的评估值。为揭示反应谱比和傅里叶谱比评估场地卓越频率的差异,本文选取日本KiK-net台网中场地条件可近似为一维场地模型的16个台站,以其获取的强震动记录开展场地卓越频率研究。首先提出了评估场地卓越频率的数据处理方法,主要包括S波截取、Taper预处理、基于高斯拟合的自动寻峰。探讨并给出了阻尼比、平滑的带宽系数取值对场地卓越频率评估的影响规律;对反应谱阻尼比取10%,对傅里叶谱平滑的带宽系数取20~40之间获取的场地卓越频率较为准确。然后对比分析了利用地震动加速度反应谱比和傅里叶谱比得到的场地卓越频率与场地土层模型计算得到的基于传递函数的自振频率。研究结果表明,对大多数台站而言,采用傅里叶谱比计算场地卓越频率具有明显的优势,对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地上的台站均有如此结论,只有对少数特定台站,采用反应谱比方法效果更好。

弹性滑板支座不同摩擦系数对楼层反应谱的影响

采用课题组建立的楼层反应谱Benchmark模型,研究弹性滑板支座不同摩擦系数对楼层反应谱的影响.使用ETABS软件建立隔震结构有限元模型,在底层柱底和基础之间布置弹性滑板支座,为了使楼层反应谱具有实用性和代表性,输入FEMA P695中推荐的22条远场地震动,分别对4个摩擦系数的基础隔震结构进行非线性时程分析,研究弹性滑板支座摩擦系数对楼层反应谱的影响,且与铅芯橡胶支座隔震结构楼层反应谱进行比较.结果表明:摩擦系数影响楼层反应谱的谱值,但不改变楼层反应谱峰值出现的周期,不影响楼层反应谱的频谱特征;在周期0~6 s内,文中4种摩擦系数的弹性滑板支座结构的楼层反应谱谱值均小于铅芯橡胶支座的谱值,说明该结构弹性滑板支座的隔震性能优于铅芯橡胶支座.

拟合楼层反应谱的三向地震动时程生成方法研究

为获得满足规范要求的拟合楼层反应谱的三向地震动时程,采用六阶常微分方程的本征函数为基函数,分解并重构天然地震动时程;通过构建影响矩阵,迭代计算逐步调整本征函数的幅值系数,最终实现预设拟合精度;引入正交化方法保证三向地震动时程两两之间的统计独立性,并通过两组算例提供验证。研究结果表明,迭代所得时程反应谱与目标楼层反应谱的拟合精度较高,迭代过程中时程反应谱均匀一致地向目标谱逼近,迭代过程收敛,所得三向地震动时程均无零飘现象,满足规范要求。

不同场地类别对反应谱特征周期的影响

为探究不同场地类别对反应谱特征周期的影响,建立了包含四种场地类别的180个计算剖面,在现行《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010中场地分类的基础上按照土的软硬程度进一步细分,以不同幅值的El Centro地震动作为输入地震动,采用一维等效线性化方法进行土层反应分析,计算得到场地地震动反应谱,规准化得到反应谱特征周期。结果表明:①在同一类别场地中,随着等效剪切波速的增大,特征周期呈减小的趋势;②在同一类别场地中,随着输入地震动强度的增大,特征周期也相应增大;③在不同类别场地中,输入相同的地震动,场地类别从Ⅰ类到Ⅳ类,反应谱特征周期逐渐增大。最后,根据细分后的场地类型给出了其反应谱特征周期建议值,并进行了验证。

日本浅壳与上地幔地震水平与竖向加速度反应谱比的研究

我国现行的抗震规范中将竖向加速度峰值设定为水平加速度峰值的0.65,这种处理方式有时低估了竖向地震动的作用,而有时又存在冗余度。本文选用5258条日本俯冲带浅壳与上地幔地震记录,综合考虑谱周期和场地条件的影响,研究建立水平与竖向加速度反应谱比模型,用于针对未知地震震源和路径信息的实际工程设计。研究表明:1)地震类型和场地类别对加速度反应谱比的影响都是显著的,因此在建立反应谱比模型时,需要考虑地震类型和场地类别的影响。2)本文模型场地项系数在接近每个场地类别的平均场地周期的对应谱周期上存在峰值,这与一维场地模型的场地放大理论一致。3)本文模型与BOMMER(2011)模型整体趋势相似,而BOMMER(2011)模型的R_(HV)在岩石、硬土和软土场地之间变化不大,该差异主要源自场地分类式不同,BOMMER(2011)基于V_(S 30)对场地分类,而V_(S 30)仅代表浅地表土层的刚度,难以全面反映场地基本特征。4)本文建立的R_(HV)模型应用于实际的工程设计,而非专门针对某一指定地震,所以没有涵盖震源以及路径的相关信息。但模型残差分析结果表明:当具有明确地震信息时,加入震级、震源深度和断层距离的参数来能够进一步优化R_(HV)模型。

不同反应谱对重力坝动力损伤特性影响研究

反应谱的合理性是保证重力坝地震安评结果准确的前提。为了研究不同反应谱合成的地震动对重力坝动力损伤特性的影响,分别基于《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073-2000)和《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247-2018)中的反应谱合成地震波,从坝体损伤分布、关键点位移以及损伤耗能3个方面,对比研究不同反应谱对Koyna坝损伤特性的影响。结果表明,相比于2000年规范中的反应谱,在2018年规范反应谱作用下坝体损伤破坏更加严重,坝体变形及损伤耗能更加明显,表明基于2000年规范进行抗震计算时,会夸大重力坝的安全裕度。

反应谱法与时程分析法在桥梁抗震计算中的比较分析

为了探究反应谱法与时程分析法在桥梁抗震分析中的计算差异,从理论层面出发,对反应谱法与时程分析法进行了对比分析,进一步通过推导修正反应谱法理论公式,得到精确的全桥等效阻尼比,进而能够更准确地确定Rayleigh阻尼,为时程分析提供准确的质量和刚度阻尼系数。以某简支梁为例,建立了简支梁桥结构的有限元模型,进行地震动响应分析,通过对比反应谱法与时程分析法,指示了两种方法在地震响应方面的差异。结果表明:在地震作用下,对简支梁结构的内力和位移响应进行分析时,发现反应谱法与时程分析法的计算结果基本一致。通过修正阻尼比,为时程分析法提供了更准确的阻尼系数,从而有效降低了反应谱法与时程分析法之间的计算结果差异。

基于反应谱法的非线性连续桥梁抗震设计安全性分析

地震灾害是自然条件对交通系统安全性的检验,桥梁结构在受到震害影响发生倒塌时,将会严重影响交通系统的安全运行。非线性连续桥梁结构设计本身较为复杂,通过结合工程案例,对比反应谱法中两种组合方案的适用性,分析了该类桥梁桥墩的受力变形规律,并进行了抗倾覆能力及抗剪强度的安全性验算。结果表明:在不同角度的地震荷载作用下,该类桥梁桥墩在主桥及引桥交界处表现出明显的横桥向倾覆,顺桥向整体表现为较大的剪切力。因此,在设计时应合理验证设计结果的安全性,通过优化设计以达到抗震设防的要求。

反应谱法和时程分析法在高层抗震计算中的对比分析

为了解决高层建筑和超高层建筑的抗震设计问题,以山东省潍坊市某超高层商住一体建筑为研究对象,选取2个不同的天然地震波,运用反应谱法和时程分析法分别计算结构的楼层剪力和抗倾覆弯矩。结果表明,在不同天然地震波条件下,时程分析法和反应谱法得到的X向和Y向楼层剪力均随着楼层的增加呈现指数降低的趋势,建筑物底层的剪力最大;天然Hector Mine地震波和天然Imperial地震波作用时,采用时程分析法得到的X向楼层剪应力值相近,采用反应谱法计算时,天然Hector Mine地震波作用下的X向楼层剪力明显大于天然Imperial地震波作用的X向楼层剪力;采用时程分析法和反应谱法计算Y向楼层剪力时,结果均为天然Hector Mine地震波作用下的Y向楼层剪力明显小于天然Imperial地震波作用的Y向楼层剪力。

设定地震场地相关设计反应谱的研究

我国现行国家标准《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)规定,场地相关设计反应谱宜采用与基于《工程场地地震安全性评价》(GB 17741—2005)的设计地震动峰值加速度相应的“设定地震”确定。为便于工程技术人员理解和应用,本文进行了确定设定地震内涵和步骤的高级科普性阐述,将按《〈水电工程水工建筑物抗震设计规范〉(NB 35047—2015)设定地震确定场地相关设计反应谱补充说明》,以“最大发生概率原则”的确定方法加以说明。我国缺乏直接由强震记录统计的加速度反应谱衰减关系,权且采用美国“下一代衰减关系(NGA)”,其中涉及到震中距和断层距的转换,本文对转换过程进行了进一步论述,以期形成共识。此外,考虑到不同“NGA”衰减关系给出的加速度反应谱差异较大,提出确定设定地震反应谱的新思路。建议汇集已有岩基上较近距离的实测强震记录的反应谱资料,对其按震级和距离进行适当分档,然后插值确定设定地震的场地相关设计反应谱,这样既可以免除当前我国缺乏反应谱衰减关系的困难,还能使确定场地相关设计反应谱的过程大为简化和合理。

长周期地震动的非弹性反应谱

根据长周期地震动的特性,选取139条长周期地震动记录,以分析结构动力参数和长周期地震动特性对长周期地震动非弹性反应谱的影响规律。研究结果表明:与常规地震动相比,恢复力模型和屈服后刚度比(η)对地震动非弹性反应谱中长周期段的影响较大,且场地土对非弹性反应谱的放大效应更为显著;相反,阻尼比(ξ)和位移延性比(μ)对常规和长周期地震动非弹性反应谱的影响规律较为类似。提出在建立长周期地震动设计谱时,应选取合理的恢复力模型和η,参考已有ξ和μ对常规地震动反应谱的影响规律,并针对不同的场地类型建立相应的设计谱;可以先建立某标准设防烈度的长周期地震动的设计谱,其他设防烈度的设计谱可用PGA_(设防)与PGA_(标准)的比值调整得到。

基础隔震结构的楼面设计反应谱研究

依据基础隔震结构楼面反应谱的谱形特点,将谱曲线分段进行回归分析,确定各段谱曲线的形状,得到一种双峰值的基础隔震结构楼面设计反应谱。考虑影响基础隔震结构楼面反应谱的各主要因素,如结构动力参数、场地特性、地震动强度、结构与设备的相互作用和设备阻尼等,用正交试验法,分析基础隔震结构-设备组合体系的楼面反应谱,以拟合优度最大为目标,分段标定楼面设计反应谱的各特征参数并统计拟合出各特征参数的计算公式。通过三个实际的基础隔震工程-设备实例验证,结果表明:建立的标准化的楼面设计反应谱,能忠实地反映楼面反应谱的频谱特性,还原楼面反应谱的曲线变化,各段曲线的谱值可基本包络楼面反应谱;与时程分析法的结果相比,用该楼面设计反应谱求得各设备的地震作用,误差均在10%以内,说明该楼面设计反应谱具有较高的精度和较好的工程实用性。

基于Ansys的塔式起重机地震反应谱分析

塔式起重机在工程建造中发挥着重要作用,但因其具有高耸大跨度的细长结构,在地震的作用下可能造成结构损伤或破坏,有必要在设计阶段即对塔式起重机进行地震反应谱分析。文中标定了利用Ansys平台进行反应谱分析的基本流程,构建了1个单自由度和1个二自由度系统,分别利用理论计算和Ansys数值模拟完成了这2个系统的地震反应谱分析,并分析对比这2种方法所得结果,实现了对Ansys分析流程的标定。另外,根据经过理论标定的分析流程,对某型塔式起重机进行了反应谱分析,分别在平行、垂直于该塔式起重机模型臂架的方向施加地震加速度谱,合并生成各阶模态结果,可知模型垂直于臂架方向具有更强抗震性能。

近场脉冲型地震动的频谱与反应谱特征分析

近场脉冲地震动在频谱与反应谱方面的特殊性质,易使中、长周期结构地震响应强烈。为深入分析近场脉冲地震的频谱与反应谱特性,对140条近断层地震的傅立叶谱特征、速度脉冲特性和反应谱特征进行分析,并研究了脉冲周期与反应谱形状的相关性,拟合了近场脉冲地震动的设计反应谱,将其与我国规范设计反应谱对比。结果表明:近场脉冲地震包含较多的长周期频谱,在脉冲周期处易发生共振响应;随脉冲周期增大,地震动PGV/PGA与PGD/PGV变大,反应谱加速度敏感区延长,位移敏感区缩短,速度谱、位移谱峰值加大;脉冲周期与反应谱速度和位移敏感区的界限大致重合;加速度谱双峰现象来源于地震脉冲分量加速度反应谱的峰值;随场地土变软,近场脉冲地震设计谱平台段加长、特征周期变大、下降段谱值增高,且均高于我国规范设计谱。

某核电安全厂房基岩场地楼层反应谱分析

安全厂房是核岛厂房的重要组成部分,其楼层反应谱是核安全相关设备及管道抗震设计和抗震裕度评估的重要依据。针对当前楼层反应谱忽略概率统计特性的问题,以某典型核电安全厂房为例,采用时程分析法建立了基岩场地下的楼层反应谱并给出了其不同分位数谱。首先,介绍该核电安全厂房的基本概况,建立了其有限元模型并开展了模态分析。然后,依据场地特定反应谱,选取了三组地震动作为激励。最后采用时程分析法对厂房有限元模型开展了地震反应分析,建立楼层反应谱并明确其5%和95%分位数。结果表明:相同阻尼比下,厂房楼层谱随着标高增加而增大;同一标高处,楼层反应谱随着阻尼比的增大而减小;楼层反应谱峰值对应频率与结构相应方向上的模态频率接近;越靠近厂房的主模态频率,楼层反应谱的标准差或变异系数越大。

JGJ/T 441—2019中人致楼盖结构动力响应反应谱方法详解与实例对比

大跨度、开敞式、轻质建筑楼盖的大量使用以及用户体验满意度要求的不断提高,使得人致荷载下的楼盖振动舒适度问题日益突出,也已成为大跨楼盖结构设计的关键问题。为此,中国电子工程设计院有限公司联合多单位编制了《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》(JGJ/T 441—2019),并已于2020年1月1日起实施。文章针对《标准》中单人步行荷载下楼盖结构响应的反应谱计算方法,详细说明了其理论基础、简化依据和计算步骤。进而,将反应谱方法应用于50个已建钢-混凝土组合结构楼盖、3个已建混凝土楼盖、1个木楼盖试验模型、1个已建人行桥和英国设计标准中2个范例的人致结构振动分析与舒适度评估,并与上述例子的实测值或标准计算值进行了比较。对比结果显示了反应谱方法对多类型结构人致振动分析的适用性,同时也进一步明确了阻尼比、模态质量等关键计算参数的选取原则以及反应谱方法的使用范围。

黄土高原地区场地设计反应谱特征周期研究

基于黄土高原强震动记录数据库,选取144个强震台站记录的1209条强震动数据,采用单纯形算法进行反应谱标定,探究黄土高原地区场地设计反应谱特征周期与震中距、震级的变化关系。结果表明:(1)Ⅱ类场地类别下,设计反应谱特征周期与震中距的关系较为复杂,水平向特征周期整体具有随震中距增大而逐渐增加的趋势,竖向特征周期则几乎不随震中距的变化而变化(震级不大于6.5时);(2)Ⅱ类场地类别下,水平向设计反应谱的特征周期与震级(4.0<M<7.0)整体呈正相关的变化关系,震中距为[90,150)km时,特征周期与震级的关系可用T_(g)=0.054 M-0.017(EW向)、T_(g)=0.066 M-0.085(NS向)来表征;(3)与建筑抗震设计规程(DB 62/T 3055—2020)表3.2.3中的场地基本地震动加速度反应谱特征周期值相比,文章给出的黄土高原地区Ⅱ类场地设计反应谱特征周期较设计地震分组第一组、第二组的规定值小,但当震级大于6.0时,则较设计地震分组第三组的规定值大。研究结论可为黄土高原地区工程场地设计反应谱特征周期的确定提供参考。

考虑储料变化影响的重型储仓楼面反应谱及楼面反应谱标准化

重型储仓结构广泛用于工业生产,尽管遵照现行设计标准规范能够满足结构体系的性能目标,但非结构构件及设备损害严重,对非结构构件与设备的抗震研究愈发重要。本文以某典型高架式储仓结构为研究对象,为研究储仓中储料装载量的变化对楼面反应谱的影响,建立了不同储仓装载量的设备-结构耦合模型。选择18组与加速度设计反应谱匹配的地震动为输入,对每个模型开展弹塑性时程分析,以得到储仓支承位置的非线性楼面反应谱。根据得到楼面反应谱特点提出了针对重型储仓非线性楼面反应谱的标定方法。结果表明,储仓装载量影响结构的自振周期以及非线性楼面反应谱峰值,使用的非线性楼面反应谱标定方法经振动台试验验证准确合理。

广东地方标准与《抗规》反应谱的对比及长周期结构影响分析

对广东地方标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ/T15-92—2021)、《建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程》(DBJ/T 15-151—2019)及《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)三本规范抗震设计反应谱的标定方式、反应谱曲线及主要控制参数进行了对比,阐述了三者之间的异同,其中谱值差异最大的是位移段;通过不同算例的对比分析指出,《抗规》反应谱位移段谱值整体抬高是长周期结构低阶振型的谱值及低阶振型对基底剪力的贡献均与广东《高规》差异巨大的根本原因,亦是两者楼层剪力分布形态、倾覆力矩均差异大的主要原因。基于对比结果探讨了相对《抗规》整体抬高反应谱位移段谱值(辅助小震最小剪力系数规定)的处理方式,广东《高规》中震最小剪力系数规定及楼层剪力的调整方式或与《抗规》避免长周期结构计算剪力过小的出发点更吻合。

基于地震动加速度反应谱的三维隔震结构摇摆性能研究

三维隔震结构在地震作用下存在显著的摇摆现象,影响三维隔震技术的隔震效果。而不同类型的地震动作用对三维隔震结构的摇摆特性影响不同。由此提出一种基于地震动竖向与水平向加速度反应谱谱值之比对三维隔震结构摇摆性能进行评估的方法,并利用有限元模拟进行验证。基于1567条不同类型的地震动记录,分析不同震源机制、震中距、场地类型对三维隔震结构摇摆特性的影响规律。结果表明,震源机制、震中距、场地条件对三维隔震结构摇摆的影响显著。当不同地震动作用调幅后结构竖向加速度响应相同时,在典型三维隔震结构隔震周期范围内(水平向2.0~5.0 s,竖向0.3~1.0 s),逆断层和走滑断层地震动相比正断层地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;远场地震动相比近场地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;地震动在软土场地条件下相比其在硬土场地条件下所造成的三维隔震结构摇摆角更大。