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。

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.

铁路全生命周期地质灾害防治技术对策

我国地域广阔,地质灾害严重。在铁路规划、设计、建设、运营和维护等各阶段,都需充分考虑地质灾害风险,并采取相应的预防和治理措施。研究提出贯穿铁路勘察设计、建设和运营全生命周期的铁路地质灾害防治总体技术框架,并采取以下技术对策:通过充分的地质勘察工作,查明沿线地质环境条件,为铁路规划和设计提供科学依据;施工过程中采取合理的施工方法和措施,对地质灾害进行防治,避免对环境造成破坏;加强运营维护期的地质灾害监测和预警,及时发现和处理潜在危险。研究提出的铁路全生命周期地质灾害防治技术对策已在多处投入应用,为确保铁路安全运行和可持续发展发挥了重要作用。

长周期地震荷载作用下高层建筑动力特性分析

相关研究表明,长周期地震荷载通常与地震波的低频成分相关,这些低频成分可能会引起建筑结构的共振现象,从而导致较大的动力响应。为研究长周期地震荷载对高层建筑动力特性的影响规律,文中首先基于PEER强震数据库选取若干具有不同频谱特性的实测地震动记录,以某高层建筑工程为研究对象,对比模型位移、层间角和内力响应,探讨长周期地震荷载对高层建筑动力响应的影响规律。结果表明,与普通地震动相比,长周期地震反应谱有着较宽的反应谱敏感区,能够引起结构更大的地震响应。文中以三次地震的实测地震波为例,在长周期地震作用下,结构层间角和底部截面弯矩峰值平均增大约2.5倍和2.3倍。

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。

长周期地震下大跨RC轻柔拱桥BRB横向减震研究

为了提升长周期地震下轻柔拱桥的横向抗震性能,可在排架墩间设置屈曲约束支撑(BRB)。以某新型高墩大跨RC拱桥为研究对象,说明其结构体系的特殊之处,分析不同脉冲周期的近场地震动、远场长周期、近场无脉冲及远场普通地震动下,BRB对全桥墩柱的减震效果与损伤状态变化趋势。研究结果表明:轻柔拱桥在长周期地震动下的地震需求更高;BRB能够有效降低排架墩的变形与弯矩需求,但会在一定程度上增加设置BRB墩柱的底部剪力;在近场脉冲地震动的永久位移效应与远场长周期地震动的丰富低频分量下,应用于轻柔体系拱桥的位移相关型BRB减震效果较佳,耗能突出;而由于近场无脉冲与远场普通地震动的位移谱值始终较低,在该2类地震下会普遍出现响应放大的情况;BRB改变了排架墩的传力路径,将部分弯矩转化为连接处的剪力与轴力,同时高墩高阶振型的影响加大,导致其弯矩包络沿墩身存在突变;能有效避免未设BRB墩柱的破坏,而由于高阶振型的影响,大部分高墩截面损伤降低程度不显著;设置BRB的墩柱顶部截面损伤会降低,因立柱与拱肋的振动耦合作用,其底部截面在小震下损伤也会缓解,而过渡墩底部截面的损伤反而会增大。位移耗能型BRB在长周期地震下能有效提升轻柔体系拱桥的横向抗震性能。

隔震框架结构长周期地震动响应与损伤机理

研究目的:采用隔震技术可有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,但山地地区常紧邻地震断裂带与大型沉积盆地,这为近断层脉冲型长周期地震动(近场型)和远场长周期地震动(远场型)的孕育提供了条件。在实际工程设计中,常常忽略长周期地震动对隔震结构的危害性,且对于长周期地震动作用下隔震结构减震性能的研究尚未完善。研究结论:(1)基于Hilbert-Huang变换(HHT)方法实现了对两类长周期地震动的特殊长周期成分的提取;(2)针对铅芯隔震掉层框架结构,将提取特殊长周期成分后的地震动的结构响应与原始地震动的响应进行对比,依据各类结构响应的改变量进一步揭示不同长周期成分对隔震框架结构的控制效应;(3)隔震框架结构在近场地震动作用下主要产生隔震垫位移过大的首次超越破坏,而在远场长周期地震动作用下除了产生较大的隔震垫位移,还需对隔震垫的能量滞回效应引起重视;(4)本研究成果可为山地建筑结构的设计提供参考。

长周期地震动作用下基础隔震结构抗倾覆能力研究

对极限高宽比的基础隔震结构进行地震响应分析,探究常规地震动与长周期地震动的差异,并从隔震层位移、隔震层拉应力以及结构的抗倾覆力矩比3种导致结构倾覆的参数入手,分析基础隔震结构在长周期地震动作用下的倾覆情况。首先,选取近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动各9条。其次,建立3种不同烈度区下极限高宽比限值时的框架隔震结构模型,分析不同设防烈度下罕遇地震对基础隔震结构隔震层支座水平变位与轴向受力的影响,以及罕遇地震时结构的抗倾覆力矩比。最后,修正高宽比限值简化公式,计算出长周期地震动作用下的理论高宽比限值,根据限值修正结构高宽比后再进行地震响应分析。研究结果表明:在长周期罕遇地震动作用下,基础隔震结构隔震支座位移量普遍超过允许限值,大量支座出现拉应力,其中部分支座拉应力超过允许限值,隔震层受到严重破坏;少数情况下结构抗倾覆比小于1.2,结构有倾覆可能;结合简化公式给出长周期地震动作用下高宽比建议值。

长周期地电场变化特征及机理——以都兰地震台为例

地电场是重要的地球物理场,长周期地电场是地球电磁场的重要组成部分。文中针对2015—2022年青海省都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据资料,采用小波分析、中值滤波、卷积滤波及线性拟合等多种方法和途径,对长周期地电场及其变化特征进行提取和分析。研究结果显示:1)都兰地震台地电场观测数据具有比较强的长期平稳性和变化可靠性,同测向日相关系数的算术平均值≥0.98,日变化差值的算术平均值≤0.2mV/km;2)FFT频谱分析结果表明,数据除包含24h、12h、8h和6h等中短周期变化外,同时也包含年周期、半年周期及3月周期等长周期变化成分;3)地电场观测值的日变化幅度呈现夏高冬低的季节性变化,显著性变化包括年周期、半年周期、4月周期、27日周期及半月周期等;4)观测值的趋势性变化呈现比较典型的周期性年变化特征,变化形态近似正弦波,且每年的极值点和变化幅度基本相当;5)玛多M_(S)7.4地震前后地电场观测值出现了较为明显的破年变化异常畸变现象。机理分析显示,在地球围绕太阳公转及自转过程中,太阳直射点的往复改变是长周期地电场变化的重要激发机制。综合分析认为,都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据变化具有比较优良的客观性、可靠性及长期变化平稳性,能够充分反映长周期地电场的基本变化特性,具有较高的研究和应用价值。

长周期地震动下软夹层地基的层间隔震结构振动台试验研究

长周期地震动易使隔震结构地震响应强烈,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构可能更不利。为探究长周期地震动下软弱夹层地基SSI效应对层间隔震结构的动力响应规律及减震性能的影响,开展刚性、软夹层地基上大底盘单塔楼层间隔震结构的数值模拟和振动台试验。结果表明:考虑SSI效应后结构的自振周期较刚性地基增大,但采用隔震技术后延长的周期倍数降低;软夹层地基对输入地震动具有明显放大和滤波效应,与地震动的峰值和频谱特性相关;SSI效应对层间隔震结构的地震响应以放大作用为主,对下部底盘和隔震层的影响较大;考虑SSI效应后长周期地震动下隔震结构的地震响应较普通地震动更为强烈,减震效果变差,特别是近场脉冲地震动下隔震层位移超限,体系发生失效破坏。

长周期地震动下大跨空间结构空气弹簧-摩擦摆三维隔震体系振动控制分析

该文将新型空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨单层球面网壳中,探讨了长周期地震动对三维隔震体系振动控制效果的影响规律。该三维隔震支座可有效降低结构在地震动作用下的响应,当地震动峰值加速度(PGA)相同时,普通地震动下的隔震效果最优,近断层脉冲型地震动下隔震效果次之,远场长周期地震动下隔震效果最差。该现象与长周期地震动与和长周期隔震结构之间的类共振效应有关。随着支座刚度的减小,普通地震动和近断层脉冲地震动作用下的隔震效果提高,远场长周期地震动作用下的隔震效果降低。远场长周期地震动低频分量丰富,其反应谱具有典型的双峰特性,导致结构响应在长周期段随结构周期的延长而增大。进行三维隔震设计时,建议传递比TR取值大于0.2,既保证隔震效果,又能控制三维隔震支座竖向位移响应在设计极限位移内。

长周期地震动下考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应试验研究

隔震结构在长周期地震动下地震响应强烈,考虑土-结构相互作用(SSI效应)改变了结构的动力特性,导致刚性地基假定设计的隔震结构减震效果与理论结果存在偏差。为此,选取了一栋上部和下部子结构平面和布置相同的的层间隔震建筑,通过振动台试验,探究其在长周期地震动与土-结构相互作用下的动力特性和地震响应规律。结果表明:考虑SSI效应后,塔楼加速度响应有所减小,但随着PGA的增加,长周期地震动下加速度响应的削弱较普通地震动小;楼层位移响应有所放大,隔震层转普通地震动下层间剪力明显减小。双向输入普通地震动会增大刚性地基上底盘的加速度响应,而软土地基上加速度响应可能增大或减小。双向输入长周期地震动会减小软土地基上塔楼的加速度响应,增大刚性地基上底盘的加速度响应,增大楼层层间剪力。

基于长周期地震动考虑软夹层地基的复合层间隔震结构试验研究

长周期地震动易使隔震结构地震响应强烈,对于软弱地基上隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)后可能更为不利。因此,对刚性、软弱夹层地基上一大底盘单塔楼缩尺模型进行数值模拟和振动台试验,探究软夹层地基上SSI效应对层间隔震结构的动力响应和减震性能的影响。针对可能出现的隔震层位移超限情况,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成复合隔震体系,并分析其减震和限位作用。结果表明:考虑SSI效应后结构的自振周期较刚性地基增大,但采用隔震技术延长的周期倍数降低;SSI效应可能增大或减小隔震层上部塔楼的加速度响应,对下部底盘起放大作用;考虑SSI效应后长周期地震动下隔震结构的地震响应较普通地震动更为强烈,减震效果变差,特别是近场脉冲地震动下隔震层位移超限,体系失效破坏;复合隔震结构可以有效控制隔震层位移,降低底盘的加速度和剪力响应,提高体系安全性。

深厚覆盖层高面板堆石坝长周期地震动动力响应

我国西南地区蕴藏着大量的水能资源,是当前和今后水电建设的重点区域,但大多存在深厚覆盖层、高地震烈度问题,其对高面板堆石坝正常运行的影响不可忽视。在100 m深厚覆盖层上,创建了100、200、300 m级高面板堆石坝的二维有限元模型,在长周期地震动和常规地震动作用下,采用弹塑性本构模型,研究同一深厚覆盖层上不同高度面板堆石坝的动力响应特征。结果表明,与常规地震动相比,长周期地震动对深厚覆盖层高面板堆石坝的加速度有很大影响,随着坝体高度的增加,坝体动力反应峰值加速度逐渐呈下降趋势,且在长周期地震动作用下,坝体越高,短时间内坝体的位移越大,造成的变形也越大,不利于大坝的抗震稳定。因此,在深厚覆盖层长周期地震频发地区修建面板堆石坝时,需将长周期地震动影响作为抗震稳定评价的一个关键环节。

长周期地震动作用特性及其对RC柱抗震性能的影响研究

长周期地震动作用下结构的位移响应呈现多次大位移往复、长持时的特点,体现了其区别于普通地震动的特殊作用特性。长周期地震动对结构的影响研究关键在于揭示长周期地震动作用特性对结构构件抗震性能的影响机理。首先,基于雨流计数法对长周期地震动和普通地震动作用下单自由度体系的弹塑性位移响应进行循环统计分析,阐明了长周期地震动的作用特性,并以此构建了考虑长周期地震动作用特性的拟静力加载制度。其次,通过对不同设计参数的RC柱进行传统加载制度和考虑长周期地震动作用特性加载制度作用下的低周往复加载,分析其抗震性能差异,揭示了长周期地震动作用特性对RC柱的影响。研究结果表明:长周期地震动表现为地震动强度需求小,结构弹塑性位移循环总数多,且以小弹塑性位移循环为主的地震动作用特性。长周期地震动作用特性显著影响RC柱的强度与刚度退化规律,且对低等级混凝土、高轴压比、高纵筋配筋率和高体积配箍率构件的刚度退化影响更为显著。

长周期地震动作用下海上升压站结构动力响应分析

海上风电结构可能对长周期地震动较为敏感,因此及时掌握海上风电结构的安全状况是十分必要的.在考虑桩土地基与海上升压站结构相互作用的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立了桩土地基-海上升压站的整体有限元模型,然后将地震动的位移时程和速度时程转化为等效节点力作为地震动的输入,对比分析了某海上升压站结构在长周期地震动和普通地震动作用下的动力响应特征.研究结果表明:长周期地震动作用下海上升压站结构的基底剪力、层间剪力、楼层位移均显著大于普通地震动的作用结果;近场长周期地震动作用下海上升压站结构的基底剪力、层间剪力和楼层位移普遍大于远场长周期地震动的作用结果 .因此,在海上升压站结构的抗震设计中不能忽视对长周期地震动的考虑.