海底长周期地震动预测模型:以日本相模湾海域为例

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。通过残差分析以及相关性分析检验了模型的合理性,并分析了震源类型以及震源深度对反应谱的影响,对比了海陆地震动预测模型的差异。结果表明:震源类型以及震源深度对模型预测结果影响显著,水平向海域模型以及长周期(T≥1.0 s)竖向海域模型所预测反应谱大于陆域模型所预测的反应谱值,且水平向和长周期竖向模型的场地放大系数均大于1。该模型可为长周期海域地震动模型的建立和概率地震危险性分析提供参考,为长周期海域工程的抗震设防提供依据。

远场长周期地震动作用下超高层建筑结构模态识别

远场地震动长周期成分显著,与高层、超高层建筑基本周期相近,容易产生放大效应,给高层、超高层建筑结构带来严重震害。以2022年9月17日21时41分至次日17时39分发生在台湾省花莲县M6.5、M5.7、M6.9和M 5.4地震为例,利用Hilbert-Huang Transform(HHT)方法,初步分析距震中超1000 km的武汉某超高层建筑结构台阵对这4次地震的结构动力响应观测数据,在对不同时间尺度的本征模态函数分量进行地震动长周期特性分析的基础上,重构各结构层的地震动,通过功率谱法得到结构层相对地面层的频率响应函数,并利用复模态指数函数法获得结构第一阶模态频率和振型。对4次地震中该超高层建筑结构模态频率和振型的初步分析表明:在花莲长周期地震动作用下结构未受到损伤。这一认识将为远场长周期地震动影响下超高层建筑的震后安全性评价提供重要参考。

长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响

长周期地震动因含有丰富的低频成分易使(超)高层建筑等长周期结构发生严重震害。SRC(steel reinforced concrete)框架-RC(reinforced concrete)核心筒混合结构作为广泛应用于高烈度区的双重抗侧力结构体系,确保其强震下的协同工作是实现多道抗震防线,形成合理破坏模式的关键。该文通过与普通地震动对比,阐明了远场长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响规律,并基于谐振激励下的结构动力分析模型及经验模态分解初步揭示了其内在机理。算例分析结果表明:受低频特性影响,远场长周期地震动作用下结构框架剪力分担率与底层倾覆力矩占比明显大于普通地震动,最大框架剪力分担率所在楼层与普通地震动相比出现下移,且当峰值加速度增至400 gal时,SRC框架中下部楼层剪力分担率超过40%,底部倾覆力矩占比超过70%,按照现行规范设计的SRC框架将难以保证远场长周期地震动作用下结构的抗震安全;激励频率对于SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响与振型参与方式有关,低频激励(周期为0.5倍~2.0倍结构基本周期)下结构响应主要受低阶振型主导;远场长周期地震动的卓越分量是导致框架剪力分担率增大的原因。

长周期地震动作用下某EPR核电站安全壳的隔震性能分析

核电站安全壳是切实有效保证核电站安全的必备设施。研究长周期地震动作用下的安全壳隔震性能,对安全壳具有十分重要的理论意义和工程应用价值。以某EPR核电站安全壳为研究模型,考虑了该安全壳自重和预应力系统,采用软件ANSYS建立复杂的三维数值仿真模型,探讨长周期地震动作用下安全壳的变形、加速度、基底剪力和预应力筋的平均应力,证实在长周期地震动作用下,该安全壳受力性能良好,并在控制范围内。基于此,引入层叠橡胶隔震器和软钢隔震器并联的新型隔震装置,进而研究长周期地震动作用下安全壳的隔震性能。分析结果表明:由于地震动的特性(例如,随机性、不确定性、空间相关性等),核电站安全壳设计必须从多方面重视长周期地震动。短周期地震动作用下新型隔震装置是有效的,长周期地震动作用下隔震失效。研究结果为核电站安全壳隔震设计提供技术指导。

长周期地震动作用下高层结构地震反应的对比研究

从1999年台湾集集地震记录中分别选取4条远场长周期地震动和4条近场长周期地震动作为输入,在其能量特性分析的基础上,对比研究了某32层高层结构弹性地震反应的变化规律和差异。结果表明:随着地震动的Hilbert能量平均周期Tm E逐渐接近结构的基本周期,结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角逐渐增大;近场长周期地震动作用下结构的层间剪力、楼层位移和层间位移角普遍大于远场长周期地震动作用下的结果,且楼层的层间位移角明显超出了1/800的限值要求,设计时应关注长周期地震动作用下结构的变形问题。

长周期地震波对高层建筑斜交网格筒结构的动力响应研究

为了研究高层建筑斜交网格筒结构在长周期地震波下的结构动力响应。根据广州西塔,建立共60层的斜交网格筒结构模型,分别选取了不同类型的长周期地震波即远场类谐和地震波、近断层脉冲型地震波各7条,和3条普通地震波做对比分析,研究了结构在7度小震、7度大震下的楼层位移、层间位移角、基底剪力、顶点位移等动力响应指标。研究结果表明:结构在远场类谐和地震波作用下层间位移角最大,且在7度大震作用时的层间位移角超限,在近断层脉冲型地震波作用下的层间位移角次之,在普通地震波作用下的层间位移最小;结构基底剪力、顶点位移等动力响应指标大小基本都表现为远场类谐和地震波作用大于近断层脉冲型地震波,且都远大于普通地震波作用。

长周期地震动的场地效应与大跨桥梁结构的动力响应分析

对长周期地震动作用下大跨桥梁结构的地震反应作了研究分析。首先,选用两条典型的基岩长周期地震波,进行频谱特性分析;然后,以基岩长周期地震波作为输入,对一场地土层进行了长周期地震反应分析,获得其地表面的地震动响应时程,并以此地震动时程作为输入,对某大跨度桥梁结构进行了动力响应分析。结果表明,长周期地震波作用下桥梁结构基底反力及主要截面内力的最大值均大于普通地震波作用下的结果,地震波行波输入对桥梁结构主要截面内力产生较大的影响。

长短周期地震波作用下钢框架结构的 响应特性对比分析

作为一种特殊的地震动,长周期地震动对结构的危害已引起国内外学者的关注。选取10条KiK-net、K-NET台网中典型的长周期地震动,以及10条国内外的短周期地震动,对比分析两者时程特征和反应谱特征的差异。将所选长、短周期地震动输入钢框架结构模型;通过非线性时程分析,研究钢框架结构在长、短周期地震动作用下的响应差异。结果表明:短周期地震动的平均地面峰值加速度是长周期地震动的3.26倍,而平均地面峰值位移比长周期地震动低10.89%;短周期地震动作用下,钢框架结构顶点加速度响应平均值是长周期地震动的5.16倍,结构顶点位移响应平均值仅比长周期地震动多0.91%;长周期地震动作用下,钢框架结构层间位移角响应较大,结构底部受影响范围更广。对于长周期地震动隐患地区的高层钢框架结构,应对长、短周期震害分别进行考虑;对于中、长周期钢框架结构,建议选用峰值位移作为抗震分析指标。

方向性效应对2022年四川泸定MS6.8地震主余震长周期地震动的影响

2022年四川泸定MS6.8地震主震是一次较为典型的近垂直断层走滑型地震,为研究地震动强度的方向性效应,本文利用震中距100km范围内121台强震仪和地震烈度仪的加速度记录,与中国西南地区衰减模型的预测结果进行了对比,利用谱加速度残差的分布对长周期地震动进行了分析,并与两次震源机制不同的余震进行了对比.结果表明:泸定主震的方向性效应明显,在周期T=1.5~3 s,东南向的向前放大效应显著;在周期T=0.5~1.5 s,西北向的向后方向削弱效应显著;方向性效应在倾滑型的余震中没有明显体现;不同走滑型地震的方向性效应在不同周期体现不同,泸定主震在T=0.5~4 s的方向性效应较其他长周期段更大,对比2022年的马尔康系列地震和2016年日本熊本地震,前者分别集中在T=2 s和3~6 s,后者方向效应随周期增大而增大.

台湾集集大地震及其余震的长周期地震动特性

用丰富的高质量数字强震记录对台湾集集大地震及余震的长周期地震动特性进行了研究.本文主要研究了长周期地震动的强度随震级、距离及场地条件的变化情况;同时对近断层的长周期地震动特性进行了分析.结果表明,集集大地震及余震的长周期地震动反应谱的形状主要受场地条件和震级控制(D+E类场地的反应谱要比B+C类的宽,震级大的反应谱要比震级小的宽),而受距离影响并不显著;近断层长周期地震动明显受断层活动特性影响:上盘的长周期地震动比下盘的强,北部的比南部的强.

远场长周期地震动特征

大量的地震震害证明了一类比较特殊的远场长周期地震动的存在,其对高层、超高层以及大跨结构等长周期结构的影响已经不可忽视。本文以远场长周期地震动引发的震害为基础,对其产生机制及涵义进行简要的阐述;对界定筛选出的这类特殊的远场长周期地震动的传统‘三要素’特性展开分析;从时域和频域上对其能量特性、频率非平稳特性进行了分析。分析结果表明,远场长周期地震动的传统特性具有低幅值、长持时、频谱长周期段幅值较大的特点;能量聚集于低频段、总量大、分布均匀、累积时间长;频率非平稳特性显著,与近断层长周期地震动及常规地震动区别明显,在模拟远场长周期地震动以及生成人工地震动作为长周期结构输入时均要考虑到此类地震动的特殊特性。

基于Hilbert-Huang变换的长周期地震动能量时频分布比较研究

远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是两种不同类型的长周期地震动,确定其能量的时频分布特性对理解长周期地震动作用下长周期结构的反应特点及揭示结构破坏机理具有重要意义。各选10条远场类谐和地震动、近断层脉冲型地震动与普通地震动,利用Hilbert-Huang变换,提取出各地震动的3-D Hilbert幅值谱、边际谱、Hilbert能量谱与瞬时能量曲线,在此基础上提出累积能量谱、强频段、能量时间分布系数等概念,定义了多个指标对比分析三类地震动的长周期特性、宽频带特性和脉冲特性。结果表明:与普通地震动相比,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的能量主要集中于较低的频段,长周期特性明显,且远场类谐和地震动的能量集中频段低于近断层脉冲型地震动;远场类谐和地震动的强频段宽度小于其他两类地震动,且能量在强频段内的分布比其他两类地震动均匀;与其他两类地震动相比,远场类谐和地震动的脉冲特性不明显;三类地震动的卓越频率与能量时间分布系数均存在明显的分布规律,可以作为地震动的能量表征参数。

长周期地震动作用下高层隔震结构减震性能试验研究

近、远场长周期地震动中的长周期和近场脉冲特性的存在,可能导致长周期的高层隔震结构产生隔震层位移放大效应。通过振动台试验分析与验证其对长周期的高层隔震结构减震性能带来的不利影响,首先分析近、远场长周期地震动的反应谱特性;接着设计制作一个具有典型工程意义的大底盘单塔楼缩尺模型,进行有限元分析与振动台试验,探讨长周期地震动对楼层加速度、层间位移和隔震层位移等减震性能的影响;最后针对可能出现的隔震层位移超限问题,提出在隔震层增设黏滞阻尼器组成的复合减隔震体系,分析验证其减震和限位保护效果。结果表明:远场长周期地震动下隔震结构的响应明显大于普通周期地震动;近场脉冲长周期地震动作用下结构减震效果较差,隔震层位移明显大于位移容许值;复合减隔震体系有效地控制了隔震层的最大位移,降低了大底盘的加速度和层间位移响应,同时对上部塔楼也具有较好的减震效果。

短周期地震仪接收函数的可行性分析——以新疆和田地震台阵为例

利用新疆和田地震台阵3km孔径范围内架设的9个子台(包括1套宽频带和9套短周期地震仪)记录的3年远震波形数据,对比研究和分析了短周期地震仪接收函数的稳定性和可靠性.通过比较和分析短周期和长周期地震仪获取的接收函数波形,结果发现:(1)短周期地震仪记录与宽频带地震仪记录得到的接收函数有很好的一致性,且具有较高的稳定性,无论α取值为1.5还是2.5,短周期地震仪接收函数与宽频带地震仪接收函数都具有较强的线性相关性(相关系数0.9),但Ps震相均存在小幅的振幅差(约20%);(2)采用接收函数震相到时信息的方法(如H-κ叠加搜索),短周期地震仪可以代替宽频带地震仪;(3)由于短周期地震仪缺乏0.155Hz以下的低频信号和在1Hz以下频段非线性的振幅响应,仅仅采用短周期地震仪接收函数波形反演台站下方S波速度结构,获得下地壳到上地幔顶部的速度偏差较大(约0.3km/s),可能会造成错误解释(如下地壳低速层),因此需要和其它对波速值敏感的数据(如面波频散)进行联合分析.

长周期地震波作用下高层建筑结构的弹塑性动力响应分析

由于长周期地震动记录的缺乏,目前国内外对长周期地震动特性的研究尚不成熟,对长周期地震波作用下高层建筑结构弹塑性动力响应的研究成果也较少。本文从2003年日本北海道十胜冲地震记录中挑选出长周期TOM(EW)波作为输入,以一30层钢筋混凝土框架-核心筒结构为背景,采用Hilber-Hughes-Taylor递推格式,进行了长周期地震波作用下的高层结构弹塑性时程响应分析,并与普通El Centro波作用下的高层结构响应结果做了比较。通过对结构位移响应、加速度响应和应力分布的比较分析,探讨了长周期地震波作用下高层建筑结构的弹塑性响应特性,获得了有工程参考价值的结果。

基于HHT地震动分量分离的长周期地震动界定方法

长周期分量是地震动长周期特性的决定性成分,能反映长周期地震动的基本特性。基于HHT方法,提取加速度反应谱平均周期T_r≥2 s的IMF及残余分量重构并进行基线校正作为该地震动的长周期分量;通过长周期分量与原地震动的相关性分析及其在超高层建筑的结构响应中的影响验证了其界定长周期地震动的合理性。提出了基于长周期分量特性的界定指标LPGI,当LPGI>0.6时的地震动为长周期地震动;用长周期分量的归一化Hilbert累积能量曲线从5%增长至95%所经历的时间t_(90%)来表征长周期地震动的脉冲特性,从而区分远场类和谐长周期地震动和近断层脉冲性地震动这两类特殊长周期地震动;为长周期地震动的区分提供了较好的方法与参数指标。

长周期地震动三维有限元数值模拟方法

采用数值方法对长周期地震动进行模拟已成为当前强地面运动预测的研究方向之一。本文提出了一种有限元并行计算的高效地震动数值模拟方法,可以同时考虑震源、传播途径和场地条件对地震动的影响,并根据昆明地区未来可能发生的设定地震对昆明市的影响地震动进行了预测。这一方法可以应用于国内已探测的发震活断层进行地震危害性评价工作。

长周期地震作用下考虑碰撞效应的偏心隔震结构损伤性能评价

由于隔震层位移过大或隔震沟间距设置不当会造成偏心隔震建筑结构与周围挡土墙发生碰撞。合理评估扭转耦合效应及碰撞效应对偏心隔震结构损伤性能的影响具有十分重要的意义。建立了单层偏心隔震结构弹塑性侧扭耦合分析模型,并基于Park-Ang损伤指标定义了上部结构的损伤。以近断层地震和远源长周期地震动作为输入,采用弹塑性时程分析方法对单层单向偏心隔震系统进行损伤性能评价。对相关重要参数进行了地震影响分析。研究结果表明,与设计地震动相比,在长周期地震作用下考虑碰撞效应的结构损伤值较高,如果间距设置不当甚至会造成结构损伤失效。上部结构及隔震层偏心会对结构损伤产生不利响应。合理设计隔震沟间距可以保证隔震结构在罕遇地震下不出现失效现象。

古建筑木构架长周期地震响应分析

在目前古建筑研究领域中,对木构架的抗震分析绝大多数都是在普通地震动作用下,而对长周期地震动作用下的木构架动力研究相对较少。主要选择了两条典型的长周期地震波和两条普通的地震波,对古建筑木构架整体结构在两类地震波作用下的动力响应进行比较研究。研究表明,台湾集集地震波和Loma-Prieta地震波的长周期成分要比El-Centro地震波和兰州波的长周期成分丰富的多;两条长周期地震波的高频成分远远少于两条普通地震波;在小震时,古建筑木构架对长周期地震动的动力响应值与普通地震动相差不大,而在中震和大震时,对长周期地震动的动力响应值要远远高于普通地震动;大震(400 gal)时木构架的减震效果比中震(220 gal)、小震(110 gal)时的减震效果要好。

基于汶川地震远场强震动记录的厚覆盖土层对长周期地震动影响分析

利用2008年5月12日汶川8.0级地震的远场强震动记录,研究太原盆地厚覆盖土层对长周期地震动的影响,并将其结果与地震安全性评价工作中的土层反应分析结果进行比较。结果表明:厚覆盖土层对长周期地震动有很强的放大作用,覆盖层厚度越厚,峰值出现的周期越大,而相对于基岩最大放大可达9倍左右。另外,对于厚覆盖层的场地,观测结果与场地地震安全性评价计算结果在一定的长周期范围内差别相当大,相对于基岩,观测结果的放大系数至少高于场地地震安全性评价计算结果的2倍以上,最大达到近9倍。