基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取研究

为了合理地考虑竖向地震作用和实现水平和竖向地震动的联合选取,提出了基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法:扩展广义条件强度参数的基本理论,提出水平和竖向地震动广义条件强度参数分布的构建方法,并与“无条件分布”对比,提出基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法的基本理论,给出以水平强度参数作为条件的实际算例,利用现有水平-水平、水平-竖向强度参数相关系数模型构建水平和竖向地震动广义条件强度参数目标分布,对目标地震动数据库进行联合选取,将选取结果与传统选取方法进行对比,说明该方法的合理性。结果表明:构建出的水平和竖向广义条件强度参数分布与“无条件”分布之间存在一定差异;水平和竖向地震动联合选取结果与目标理论分布匹配良好;与仅考虑水平向广义条件强度参数地震动选取方法相比,联合选取方法能够考虑竖向地震动特性,并且不会对水平向造成影响,提出的水平和竖向地震动联合选取方法能够更加合理地、全面地考虑水平和竖向地震动特性,为工程结构在水平和竖向地震动作用下的抗震性能研究提供地震动输入基础。

近场地震动竖向与水平分量统计特性对比

为研究近场地震动竖向与水平分量特性,本文对PEER数据库中1202组近场强震的地震动进行统计分析,研究了竖向水平加速度峰值比PGAv/PGAh、反应谱之比Sav(T)/Sah(T)、竖向水平峰值到达时间的特性。讨论了PGAv/PGAh与断层距、场地条件、震源机制的关系,并采用对数正态分布拟合不同场地条件、不同震源机制的PGAv/PGAh分布;对比了不同断层距、不同场地条件Sav(T)/Sah(T)的变化规律;研究了近场强震水平竖向分量峰值加速度的大小和到达时间上的相关性,并对结构分析过程中竖向地震动的选择提出建议。结果表明:断层距、场地条件、震源机制都会影响近场地震动的竖向分量,断层距小、走滑断层、场地条件差都易产生较大的竖向地震动;断层距小、场地条件差时,地震动竖向分量高频成分越强,断层距大、场地条件好,竖向地震动低频成分越强;竖向分量峰值加速度的大小与到达时间和两正交水平分量峰值加速度的大小与到达时间的几何平均数有明显的线性关系。

考虑竖向荷载作用时液化土中群桩基础水平动力响应

基于Biot饱和多孔介质理论,考虑液化土的流动特性,建立考虑竖向荷载作用的部分埋入群桩水平振动模型,通过分离变量法、算子分解法,引入桩土耦合及位移连续条件,得到复杂条件下液化土中高桩桩间相互作用因子解和群桩水平动阻抗解.通过参数分析,表明液化土特性和竖向荷载对桩间水平相互作用因子、群桩动阻抗有显著影响,指出同一频率下,群桩水平动刚度随着表层液化土厚度的增加而下降,当液化厚度较大时,动刚度随频率上升显著下降,并出现负刚度;桩顶竖向荷载会降低液化土中的群桩动刚度,液化土厚度越大,削弱效果越明显.

水平-纵向双地震动作用下桥梁桩基地震响应研究

基于FLAC 3D有限差分软件,建立了场地土-桩基-结构体系三维数值分析模型;然后,在松砂层采用SANISAND液化土本构,密砂层采用Mohr-Coulomb本构的基础上,将数值分析结果与离心机试验结果进行对比,验证了数值分析模型的可靠性;最后,选取水平单向和水平-竖向双Kobe地震波对土体孔压、加速度、位移、桩身弯矩等进行分析,进一步探究了双地震动作用对桩基地震响应的影响。研究结果表明:1)竖向地震动作用的存在会增大土体加速度响应,加剧孔压的振荡;2)与水平单向地震动相比,松砂层在水平-竖向双地震动作用下的土体位移差异更明显,这可能与竖向地震动作用下松砂层土颗粒之间的粘结性更易变弱有关;3)竖向地震动作用增大了桩身的弯矩响应,并于土层交界面处弯矩达到最大,易发生桩身的弯曲破坏。以上结论可为今后考虑竖向地震动作用下桥梁桩基易损部位加固施工提供参考。

基于Copula函数的水平和竖向地震动强度参数相关性分析

水平和竖向地震动强度参数的相关性是水平和竖向地震动选取等研究的重要基础。该文从PEER NGA-West2数据库中选取了975组地震动记录,基于水平向地震动四种合成方法,计算合成后的水平向地震动强度参数和竖向地震动强度参数。利用K-S检验、AIC和BIC准则,确定了水平和竖向地震动强度参数的最优边缘分布。采用Pearson线性相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数,分别计算了水平和竖向地震动强度参数相关性度量指标。利用AIC和BIC准则,确定了水平和竖向地震动强度参数最优Copula函数。综合最优边缘分布和最优Copula函数,建立了水平和竖向地震动强度参数联合分布模型,给出了以水平向地震动强度参数为条件的竖向地震动强度参数预测均值,并且研究了不同场地类别对其相关性结果的影响。研究表明:水平和竖向地震动强度参数的边缘分布以广义极值分布为主;在四类地震动强度参数中,与时程相关的地震动强度参数相关性最高;Copula函数是一个建立水平和竖向地震动强度参数的联合分布模型的有效工具;基于四种方法合成的水平地震动强度参数与竖向地震动强度参数间的相关性基本相同;不同场地类别下水平和竖向地震动强度参数间的相关性差别不大。

地脉动水平/竖向谱比表征地震动场地效应的有效性及其修正

近年来,地脉动水平/竖向谱比法广泛应用于获取场地卓越频率工作中,但在指示地震动放大系数方面是偏小的。利用KiK-net台网403个台站共21万余组数据,通过对比分析地脉动水平/竖向谱比MHVR和地震动水平/竖向谱比EHVR,发现二者的谱形和峰值频率基本一致,但幅值存在差异。根据MHVR谱形将场地分为6类,建立将MHVR修正为EHVR的经验方法。当MHVR有可解释的峰值时,实测EHVR和修正后MHVR预测值一致性提高。地震动峰值加速度在40 cm/s^(2)以下时,EHVR受场地非线性的影响较小,利用MHVR及其修正方法可有效估计EHVR。

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。

框架结构竖向及水平构件穿插高效施工方法研究

在现代建筑工程施工中框架结构体系整体施工质量对相应的施工效果有较大影响,随着建筑行业不断发展,应做好施工技术的创新深化。如今厂房普遍存在层高高、工期紧、单层建筑面积大等特点,传统的柱模板散拼、梁柱混凝土一起浇筑、采用普通钢管脚手架支撑的施工方法施工周期较长、模板周转率较低,针对此种现状,采用盘扣式支撑架,柱模板集中整拼、整块吊运、安装,框架结构竖向及水平构件分开浇筑、穿插施工的方式,提高大模板支撑体系安全系数,缩短了流水段施工工期,有效保证柱子混凝土成型质量。基于此背景下,文章针对框架结构竖向及水平构件穿插高效施工方法的施工管理描述,提出对穿插施工的要求,做好工程整体设计和具体施工内容安排,加强工程施工全过程的管控。

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应(即P-Δ效应)以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明:推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。

场地地震动水平/竖向谱比与地表/基底谱比 差异及修正水平/竖向谱比法研究

局部场地条件是决定场地地震动强度和频谱的重要因素,基于强震动和脉动记录的统计分析,获取表征场地条件影响的特征参数已成为确定工程场地设计地震动的较经济和实用方法,特别是对于大范围或难以开展现场勘测的工程场地。利用日本KiK-net台网强震动记录计算分析了台站场地地震动水平/竖向谱比(HVSR)与地表/基底谱比(SBSR)的差异,揭示SBSR/HVSR与HVSR呈对数线性分布的统计特征,并给出其定量关系,据此提出表征场地对地震动影响的修正水平/竖向谱比法。修正水平/竖向谱比法具有仅需地表观测记录的优势,并进一步考虑了场地竖向地震效应对水平/竖向谱比法精度的影响,更能合理地表征场地对地震动的影响。

海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor,DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录,利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型,与陆域DMF模型进行了对比,并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱,最后对残差及标准差进行分析。研究表明:地震类型对DMF的影响可以忽略;可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响;由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著;阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值;残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型,为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

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。

基于数值统计的浅埋地下结构地震动强度指标与抗震性能水平划分研究

现阶段地下结构易损性分析还处于初步研究阶段,以单层双跨的日本大开车站为原型,建立了土与单层地下结构动力相互作用的有限元模型。首先根据地震动的频率,选取地震动;再采用增量动力时程分析方法(IDA),给出了地下结构地震损伤状态的判定与定量划分方法,最后挑选出合适的地震强度指标(IM)。分析结果表明,基于PGA(地表峰值加速度)/PGV(地表峰值速度)分类的地震动记录在IDA曲线上表现出显著的差异,地震动选取的合理性以及随机性是地下结构地震易损性曲线客观性的重要保证;峰值地面加速度(PGA)与场地土层顶底峰值相对位移(PSSRD)均可作为该类浅埋矩形地下结构地震易损性分析的有效且合适的地震动强度指标。基于场地的非线性地震反应特征,对于深埋地下结构的地震动强度指标还有待进一步研究。

近场竖向地震动对高铁连续梁桥易损性的影响分析

本文以某典型三跨预应力混凝土高铁连续梁桥为研究对象,基于OpenSees建立了全桥非线性动力分析模型,对所选100条近场脉冲型地震动的竖向与水平向峰值加速度比值进行了统计。在此基础上,分析了竖向地震动对顺桥向和横桥向地震响应及其易损性曲线的影响。结果表明,竖向地震动会增大固定中墩的顺桥向及横桥向地震响应,且顺桥向的增幅明显大于横桥向;竖向地震动会增大固定中墩各破坏状态的概率,但不会影响顺桥向和横桥向各自的最不利地震动输入方向;随着竖向与水平主分量峰值加速度比值得增大,固定中墩地震响应及易损性曲线增幅会逐渐减小。

既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究

为研究既有竖向荷载下承台桩的水平承载特性,进行了2组PIV模型试验,分析了不同竖向荷载对承台桩的水平位移量、桩身弯矩及桩周土体位移场的影响规律,研究了竖向荷载对承台桩下桩土作用的影响机理。试验结果表明:在同一水平荷载下,桩顶既有竖向荷载有利于减小桩身水平位移,削弱水平荷载引起的桩身弯矩;在水平加载过程中,桩土作用的主要区域为桩周土体的中上部区域,桩顶竖向荷载的施加会调动桩侧土体,形成更大的土体扰动区;竖向荷载引起的土体密实化效应会降低桩身的水平位移和弯矩,提高承台桩的水平承载力;同时这一密实现象也降低了桩侧土体的隆起量与塌陷面积。

水平及竖向地震作用下多高层RC框架混合试验

以往混合试验方法大多只考虑水平地震作用,为进一步拓展混合试验方法的应用,本文提出一种水平及竖向地震共同作用下多高层钢筋混凝土(RC)框架混合试验方法。该方法对框架结构计算模型和子结构边界条件进行合理简化,框架结构水平振动和竖向振动分别采用串联质点系模型和串并联多质点系模型进行模拟。在此方法基础上开发出一套完整的混合试验程序,该程序利用Matlab编写运动方程求解模块,采用OpenSees模拟数值子结构,并结合加载设备HNU-MUST开发出混合试验控制程序。为验证本方法和程序,设计并制作一根足尺RC框架柱作为试验子结构,并以一榀七层三跨RC框架作为整体结构进行混合试验,试验的顺利进行和良好稳定的试验控制效果验证了本方法的可行性与有效性。试验结果表明:在水平和竖向地震共同作用下RC框架柱轴力会发生剧烈变化,该轴力变化会使试件的受力状态和破坏形态变得较为复杂,同时可能会降低试件的强度和延性,并最终导致滞回曲线呈现不对称性和一定的“捏缩”现象。

汶川地震竖向地震动衰减关系

为系统研究汶川地震的竖向地震动特征,回归出了汶川地震的竖向地震动衰减关系.在此基础上,分析场地效应和上/下盘效应对竖向地震动的影响;分析竖向加速度反应谱(a PS,阻尼比0.05)的特征,并提出一个简单的竖向设计反应谱;利用竖向和水平向地震动衰减关系直接得到地震动竖向与水平向比(V/H)的关系,分析不同距离不同周期V/H的特征.结果表明:竖向地震动受场地效应和上/下盘效应的影响;竖向反应谱和水平向反应谱在卓越周期、特征周期、峰值的震荡周期跨度及下降段的衰减速率都存在较大的差异;V/H离散性较大,且在不同周期不同距离表现出完全不同的特征,而V/H的场地效应和上/下盘效应是由竖向和水平向地震动的场地效应和上/下盘效应的强弱不同造成的;加速度反应谱的V/H呈现出两个极值的“马鞍型”,但在不同距离具有不同的特征,近场最大极值出现在高频段(t<0.1 s),而远场最大极值出现在低频段(t>1 s).中国未来一段时间竖向地震动的研究到应用的过程一方面可以不断完善竖向设计反应谱,另一方面可以考虑利用V/H的关系求关键点的强度.

考虑竖向荷载作用时液化土中高桩基础水平动阻抗分析

考虑竖向荷载与水平荷载的耦合作用,基于Biot饱和多孔介质理论,结合Novak薄层法,建立饱和土体中高桩基础的水平振动分析模型,引入势函数解耦,利用微分算子分解法和参数分离法,得到非液化饱和土中桩段的水平振动解析解。将上部液化土视作无黏性不可压缩流体,建立柱坐标下的流体运动方程,求解得到液化土中桩段的水平振动解析解。利用位移连续条件,通过矩阵传递法得到高桩桩顶的动力阻抗表达式,并退化与已有文献解进行对比验证,讨论液化土性质、竖向荷载等因素对桩顶动阻抗的影响。结果表明,高桩阻抗随液化土厚度的增加而减小;液化土厚度不变时,液化土密度在高频阶段对高桩阻抗影响更显著;竖向荷载的存在主要影响桩基动刚度,对桩基动阻尼几乎无影响。

水平激励下带竖向隔板的二维矩形储箱中流体晃动研究

研究了水平激励下二维矩形储箱中流体的晃动,抑制晃动的装置为竖向的刚性隔板,建立了隔板在储箱自由液面处的解析模型。首先通过引入人工界面的方式,将流体域划分成若干个流体子域,使每个流体子域对应的速度势函数满足C1连续性条件。基于叠加原理,使用分离变量法求得每个流体子域的速度势的形式解,将形式解代入子域间界面与自由液面条件可得含有待定系数的级数方程,通过加权积分消去方程中的空间坐标,截断方程可得特征方程,由此可得晃动频率与模态。将水平激励下的速度势函数分解为摄动速度势与刚体速度势,将摄动速度势和刚体速度势代入自由液面的波动方程即可求得含广义坐标的动力响应方程,求解该方程可得储箱中流体的晃动响应。

水平和竖向地震动相干函数的比较

为明确水平和竖向地震动相干函数之间的关系,本文选取SMART-1台阵第5次地震和第40次地震记录,采用水平分量和竖向分量加速度记录作为研究数据,用FORTRAN程序计算台站间相干系数,台站对间距d选择200 m、1000 m和2000 m等3种不同的距离,分别计算得到对应的相干系数。选用Abrahamson模型对不同距离d计算得到的相干系数进行拟合,比较水平和竖向分量拟合结果发现:竖向分量相干函数离散性大于水平分量。随着频率的增加,不同台站距下水平和竖向相干系数的衰减曲线均趋于一致,短距离低频率下,水平和竖向相干系数值相差较大。随着频率和台站间距的增大,水平和竖向相干系数值差距逐渐变小并趋于一致。