建筑结构抗震性能化设计的地震动参数与地震动记录选取

地震动参数的确定以及地震动记录的选取和调整,是建筑结构抗震性能化设计的核心问题之一。我国的地震动参数选取存在不协调,对地震动记录选取和调幅的规定也较笼统。针对有效峰值加速度(EPA)和峰值地面加速度(PGA)的关系进行了统计分析,给出了各场地条件下二者的回归关系,分析了EPA的两种定义,发现时程分析所用地震加速度时程的目标EPA和PGA值相差不大,可直接将EPA目标值作为PGA的目标值,对地震动加速度时程曲线进行线性调幅。给出了将抗规设计谱作为目标谱挑选地震动记录的流程,分析了不同调幅方法对选波结果的影响,给出了选波和调幅建议。分析了三种场地相关谱,给出了目标谱的选择建议,为《建筑结构抗震性能化设计标准》(T/CECA 20024—2022)中的相关条文提供了理论依据。

建筑结构弹塑性时程分析中地震动记录选取方法的比较研究

选择合适的地震动记录是采用弹塑性时程分析预测建筑结构地震响应的基础。列举了现有针对不同分析目的的三种地震动记录选取方法,比较了按不同方法建立的地震动记录选择集的地面运动峰值和反应谱特性,并通过分析两个不同初始周期框架结构的弹塑性地震响应,对不同地震动记录选取方法的分析结果进行了比较。研究结果表明,基于设计反应谱和基于最不利地震动的选取方法均与结构的初始周期相关,当结构在地震作用下刚度退化比较明显时,这些方法有可能难以达到预期的目标;而当地震动强度指标恰当、且选取的地震动记录数量较多时,基于台站和地震信息的选取方法不会造成过大的结构弹塑性地震响应的离散性,同时这种方法不依赖于结构的动力特性,操作简便,适用性强,适于在研究不同结构类型和不同动力特性建筑结构的抗震性能时应用。

地震动记录选择与调整对RC框架结构地震响应影响研究

合理的地震动记录选择与调整是影响结构非线性时程分析结果可靠度的重要因素之一。选择7组地震动记录分别运用谱匹配方法和按结构基本周期对应谱加速度S_a(T_1)调整方法进行调整,并分别对5层和11层钢筋混凝土平面框架输入调整后的地震动记录,进行单一强度水准下的非线性时程分析,提取结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为工程需求参数进行了离散性分析和偏差研究。分析结果表明,选择合理的地震动记录进行调整和对目标谱的匹配可以减小结构地震响应分析结果的离散性,且响应分析结果不会出现较大程度的偏差;相同强度S_a(T_1)下,结构地震响应分析结果随条件谱谱形参数ε的增大而减小。

框架结构的输入地震动记录调幅方法试验研究

为了确定框架结构弹塑性时程分析时输入地震动记录的调幅方法,本文利用一个1/40比例的框架结构振动台试验研究了四种地震动记录调幅方法的适用性。利用四种地震动记录调幅方法对20条地震动记录调幅,通过振动台依次输入不同周期的框架结构中,通过分析结构顶层的层间位移角和最大加速度两个参数的变异系数,确定最适宜此种结构体系的地震动记录调幅方法。研究表明,当结构的基本周期可以准确确定时,利用S_a(T_1)调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当结构的基本周期不确定时,利用MIV调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当周期有30%的变化时,ASCE调幅方法引起结构的最大加速度的变异系数波动不大,相对比较稳定;无论何时PGA调幅方法得到的变异系数都是最大,表明此法得到的离散程度最大。建议在对框架结构进行时程分析时,对于确定性周期的结构采用S_a(T_1)调幅方法,对于不确定性周期的结构采用MIV调幅方法,ASCE和PGA调幅方法不宜采用。

改进的基于模态推覆的时程分析地震动记录调整

利用时程分析计算结构地震反应时,不同的地震动记录或不同的地震动记录调整方法得到的结果差别很大,因此如何选择和调整地震动记录,减小结构地震反应分析结果的离散性,是提高结构抗震分析结果可靠性的必然要求。针对基于模态推覆的地震动记录调整方法的不足,提出引入以振型参与重量系数为加权系数、可考虑前若干阶振型贡献的综合调整系数调整初选的地震动记录,其中每一阶振型对应的调整系数利用该阶振型相应等效单自由度体系非线性时程分析所得最大位移匹配其目标位移确定。进一步,以一6层钢筋混凝土框架结构为例,分别采用改进的基于模态推覆、基于模态推覆和基于ASCE7的调整方法调整地震动记录进行时程分析,并对不同调整方法下结构最大水平位移、最大层间位移角等结构响应计算结果的离散性进行了对比。对比结果表明,与基于模态推覆和基于ASCE7的地震动记录调整方法相比,基于改进模态推覆的地震动记录调整方法所得结构地震响应分析结果的离散性明显下降。

地震动记录选取对增量动力分析结果的影响

增量动力分析(IDA)方法是一种基于弹塑性时程分析结果的参数分析方法,能反映出结构在强震下的动态特性、结构的极限变形能力等抗震性能,但目前对于增量动力分析法的地震波选取还没有明确的规定。本文选取特征周期与建筑场地卓越周期接近的地震记录,以一栋4层钢筋混凝土框架结构为例,通过增量动力分析法,分析地震动记录选取对IDA曲线结果的影响,表明增量动力分析时有必要合理的选取地震动记录,可以减小IDA分析结果的离散性。

基于我国地震区设定谱的标准地震动记录集研究

标准地震动记录集只考虑设定地震信息而与结构自振周期无关,具有普遍的适用性。但是目前的设定地震信息主要是确定性设定地震,并且没有经过目标谱匹配,因此采用标准地震动记录集的结构地震反应离散性较大。文中采用最新的适用于我国强震区的地震动预测方程,构建我国4类地震区的设定谱,通过同时匹配设定谱的平均值和标准差,给出适用于我国4类地震区的标准地震动记录集,可为工程结构抗震设计提供可行的地震动记录选用建议和调幅系数推荐值。

基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取

旨在研究基于增量动力分析(IDA)方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于ABAQUS/Standard软件平台,建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型,选取了44条远程地震动加速度时程曲线为基准库,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA为地震动强度指标,绘制了IDA曲线簇并计算得到了不同工况的50%分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本规模会显著影响地下结构基于IDA方法的地震易损性分析结果,随着评估性能水准等级的提升,地震动记录所带来的影响会越大。研究表明,基于IDA方法的地下结构地震易损性分析应不少于12条地震动记录,最佳输入地震动记录条数为28条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。

地震动记录选取及其对网架屋盖动力响应的影响

地震动记录的合理选取对预测结构响应有着重要的作用。本文通过对风雨操场建筑混合结构的抗震性能分析,提出了一种对水平及竖向地震动频谱特性均进行控制的改进选波方法。为了评价不同选波方法的可靠性和有效性,根据初选条件选取55组三向地震动记录,并以55组地震动的统计反应谱作为目标反应谱,以55组记录计算的结构响应均值作为"预测值",通过与单周期点和双频段选波方法的计算结果对比,分析表明:改进选波方法计算的结构基底剪力、柱顶位移、支座位移和网架竖向位移的相对误差和变异系数均小于前两种选波方法,其计算结果更加可靠有效。

面向地震动记录和模拟地震动的工程随机地震动数据库研究

收集了来自156次地震的共计7778条水平加速度记录。分别采用基于能量分布和震级-距离的地震动记录聚类分析方法,将7778条水平加速度记录划分为12组,作为地震动记录数据库的基础数据。基于工程随机地震动的物理模型,采用窄带波群叠加方法合成了不同场地类别、震级和传播距离下的24组模拟地震动,包括100条每组的12个小样本组和300条每组的12个大样本组,共计4800条模拟地震动时程,作为模拟地震动数据库的基础数据。利用聚类分组后的地震动记录和各分组模拟地震动,开发了基于Windows系统的工程随机地震动数据库系统,实现了地震动的检索以及时程、反应谱和相关地震信息的可视化及数据下载。

基于建筑结构弹塑性时程的地震动记录选取方法

在具体的运行中,地震动记录选取方式也会对结构的地震响应分析结果产生直接影响。对现有的地震动记录选取方式进行分析,并就不同地震动记录选取方式进行比较,希望能够为建筑结构的弹塑性时程分析提供更为可靠的信息。

基于云图法地下结构易损性分析的地震动记录规模选取

为了研究基于云图法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集容量的选取,以浅埋两层双跨地铁车站结构为研究对象,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同天然地震动记录样本容量作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,地面峰值加速度为地震动强度指标,基于对数线性回归模型建立了不同工况输入下结构的概率地震需求模型,并在此基础上建立了相应工况的结构地震易损性曲线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本容量会显著影响地下结构基于云图法的地震易损性分析结果;相比于评估结构的高等级性能水准,地震动样本容量对评估结构低等级性能水准的影响更小;地下结构的失效概率评估结果会随着地震动样本容量的增加而逐渐接近标准值,其最佳地震动样本容量为300条。

川滇地区地震动预测模型研究

近年来随着强震台站的兴建,获得大量的真实地震动记录。为运用地震动记录开展更多研究,探讨建立川滇地区地震动预测模型。本文基于真实地震动记录和随机效应回归算法提出地震动预测模型思路;通过选取特定区域并收集地震动数据,建立地震动预测模型;利用残差分析法,研究地震动预测模型的性能;通过与国内外典型的地震动预测模型进行对比,论证所提方法的有效性。研究结果表明,提出的地震动预测模型能较好地预测地震动强度参数。

给定地震场景下的随机地震动降维模拟

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型(GPRM),并采用K-fold交叉验证法,验证GPRM预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。

四川省减震结构时程分析中的输入地震记录选取

针对目前四川省减震设计中时程分析结果离散性较大的问题,在对《四川省建筑消能减震技术标准》编制过程中,建议设置一组具有地方区域特性的天然地震动加速度时程记录,将其作为设计人员设计完成后进行结果验算校核的地震动输入,以降低减震结构设计中人为选择地震动的随意性,提高地方减震标准执行的实际价值。文章对比了国家规范选波和全频段选波的方法,从PEER地震数据库按相同的减震设计目标选取地震动,并利用全频段选波的方法从中国地震局的四川地区地震动记录库筛选地震动,把三类地震动输入相同的减震结构进行时程分析。对比结构响应及其变异系数(Cv),结果表明:四川组地震动时程输入下结构层间位移角离散性较小,结构响应稳定,所选择的四川地震动时程集可作为四川省减震设计验算参考波库。

大姚6.2级地震的强地震动观测研究

20 0 3年 7月 2 1日 2 3时 1 6分 30秒 ,云南大姚发生MS6 2级强震。震后 ,云南省地震局与中国地震局工程力学研究所在震区联合开展强震动观测 ,取得了多次小震源距强余震地震动记录 。

拟合核电厂多维设计反应谱及相关峰值的地震动调整方法

依据核电厂结构的特殊性,提出了一种以核电厂多维设计用伪加速度反应谱及峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)为目标的实际地震动调整方法。该方法首先应用二阶基数B-样条小波函数模拟实际多维地震动场,然后基于离散小波变换的快速算法,将实际地震动加速度时程应用二阶基数B-样条小波函数进行分解;一方面探寻对各向分量的PGA、PGV及PGD影响最大的小波分量,另一方面通过对小波系数进行初步调整以改进时域叠加小波函数的收敛性;最后通过循环调整实现对多维目标反应谱及PGA、PGV、PGD的同时拟合。选取了四组代表不同设计地震分组的三维实际地震记录分析了该方法的可行性,结果表明:该方法不仅较好的保留了原地震动的局部时频特性,且能满足核电厂抗震设计规范的精度要求。

西昌断陷盆地场地地震动差异分析

以汶川地震中的非发震断层安宁河断裂带周边西昌地区所获取的加速度记录为依据,研究了这些记录在峰值、频谱之间的差异,并通过这些地区的局部场地条件差异进行了初步解释。在此基础上通过数值模拟方法,利用基于显式有限元和局部透射人工边界的二维有限元模型对该地区的地面运动进行了模拟。数值试验结果表明:这些简单的理想化模型对这一地区地震动的本质特征进行重现,并对产生地面运动差异的机理进行合理解释。通过分析,初步揭示了由深部断层构造所控制的断陷盆地对地震动影响显著。

地震动频谱特性和持时对IDA结果影响的研究

地震动记录的选择是增量动力分析的基础性工作。为了研究地震动记录的频谱特性和持时对增量动力分析结果的影响,总结了四种常用的计算地震动记录特征周期方法,建立了地震记录分组,进行了反应谱比较,以建立的地震记录分组为地震输入,结合算例进行了IDA分析,比较了IDA曲线和地震易损性曲线的差异。在此基础上,按两种地震持时原则输入进行IDA分析,分析了地震记录持时对IDA结果的影响。研究结果表明,地震记录频谱特性对IDA的数值大小和离散程度存在较大影响,足够的持时输入有助于获得稳定性好的IDA结果。

我国抗震规范时程分析中地震动的输入数量

针对我国现行建筑抗震规范时程分析中地震动输入数量这一问题开展研究.首先基于结构响应参数服从对数正态分布的理论假设,通过500次/组蒙特卡罗抽样,模拟了两种不同输入地震动数量方案下的结构响应参数的累积概率分布曲线,表明了3条记录下选择响应最大值和七条记录下选择响应平均值两种输入方案的累积概率分布曲线存在较大差异:前者计算结果期望值要高于理论均值,且结果受响应离散性影响较大;后者计算结果的期望值就是响应理论均值本身,受响应离散性影响较小.同时对我国某10层平面RC框架进行弹塑性时程分析,结果表明:3条记录选取最大值的输入方案下结构响应预测均值要显著高于增加记录选取数量和控制记录间离散性的其他输入方案;建议在7条及以上强震动记录下的响应均值的基础上,以记录数量与响应离散性作为参数,通过经验修正公式来计算0.84分位值,以得到满足规范要求的84%以上保证率的计算结果,并对该经验修正公式在我国抗震规范下的适用性做了结构数值模拟验证.