建筑隔震设计对地震能量的吸收与传递的影响

文章介绍了地震能量释放机制、结构动力响应特性以及地震能量传递路径与方式,并基于地震能量与建筑结构之间的关系,提出了建筑隔震设计,分析了隔震设计对地震能量吸收和传递的影响。其次,文章通过数值模拟和实验验证方法,优化了隔震设计,以期能更好地理解并应用建筑隔震设计,保护人们的生命及财产免受地震的破坏。

三维基础隔震结构非线性地震能量响应分析

建立了基础隔震结构的地震能量响应方程,利用有限元分析软件模拟了铅销橡胶支座的双向非线性性能,研究了铅销橡胶支座主要参数和不同地震动激励对基础隔震结构非线性地震能量响应的影响.结果表明:(1)铅销橡胶支座的滞回耗能能够消耗大量的地震总输入能,进而证实了其减隔震的有效性;(2)铅销直径和刚度比对其减隔震能力的有较大影响;(3)不同特性的地震动对结构的地震能量响应影响显著.

单自由度体系非线性地震能量反应的计算

随着结构抗震理论的深入研究,目前对结构地震破坏比较一致的看法:基于最大位移反应首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则比较符合震害和试验实际。采用能量耗散来描述结构的塑性累积损伤,其形式简单、计算方便,又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响。建立了单自由度体系在地震作用下的能量反应公式,通过对结构地震反应能量的计算,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,分析了地震总输入能受各种因素影响的变化规律及地震总输入能在滞回耗能和阻尼耗能之间分配受各因素影响的变化规律。

铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的地震能量反应分析

基于能量平衡原理,建立连续梁桥能量反应方程。采用有限元分析软件SAP2000,对4条典型地震波双向激励下的非隔震与铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的地震能量反应进行分析。结果表明:铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的绝大部分地震输入能(80%左右)被铅芯橡胶支座的滞回耗能所消耗,铅芯橡胶支座起到了减少结构非弹性变形、保护主体结构的作用;铅芯橡胶支座的构造对其隔震的连续桥梁的地震能量反应影响较大,较大的铅芯直径和刚度比会导致铅芯橡胶支座的减隔震能力下降;不同特性的地震动激励对桥梁的地震能量反应有显著影响,在强震持时较长、卓越周期与隔震结构自振周期接近时,桥梁的地震能量反应较大;铅芯橡胶支座不宜应用于软土场地的桥梁隔震。

长周期潮汐与全球地震能量释放

采用1850—2012年期间USGS全球M≥5.0地震目录资料,构成全球地震能量-时间序列,进行小波变换和准周期分析.结果表明,全球地震能量释放的时间序列存在9年、19年和45年的3个准周期,其中,45年准周期最为突出.结合起潮力周期的物理背景,对长周期潮汐起潮力与地震能量释放准周期的关系进行了探讨,没有发现全球地震活动的能量释放与潮汐短周期相关的准周期.

近场地震下HDR隔震梁桥的地震能量响应

在地震能量平衡方程的基础上,以某公路简支梁式桥为研究对象,采用SAP 2000建立了高阻尼橡胶支座(HDR)隔震梁桥的有限元模型.选取典型近场地震动记录作为输入,在E1地震下,分析了HDR支座刚度硬化比η对墩底弯矩峰值、近场地震能量响应及其滞回耗能能力的影响.在E2地震下,研究了墩底塑性铰对近场地震能量响应及其分配规律的影响.结果表明,在E1地震下,HDR支座能有效降低近场地震作用力,适用于近场地震作用下的梁式桥的隔震设计,但η不能太大,否则会降低其滞回耗能能力.η对HDR隔震梁桥的近场地震总输入能和滞回耗能的影响很小,而对阻尼耗能的影响显著.整体延性的增加会导致地震总输入能增大,但增幅较小.在E2地震下针对HDR隔震梁桥的桥墩进行有限延性的抗震设计不会对桥墩造成损坏,还能够有效减小结构的地震响应.

成都断陷区活动断裂带基本特征及其潜在地震能力的判定

成都断陷是龙门山前缘重要的第四纪构造盆地。龙门山前山断裂和龙泉山西坡断裂对断陷盆地的形成和演化有重要的控制作用。晚第四纪时，成都断陷遭受北西－南东向的挤压，使断陷盆地边缘和内部的北东、北北东向断裂具逆冲运动性质，并导致龙门山前山断裂、龙泉山西坡断裂和蒲江－新津－成都－德阳断裂上中、强地震的发生。研究表明，上述３条断裂均具有发生中强地震的潜在能力。

不同阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算分析

本文给出了复阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算公式。利用天津、ElCentro、迁安记录及Mexico地震Cale记录计算了复阻尼及粘性阻尼体系的地震能量输入及阻尼能量耗散,并绘制了相应的时程曲线。计算所用阻尼比取0.1及0.05,周期分别取0.3s,0.5s,1s,1.5s及5s。通过计算我们观察到,除迁安记录外,在其它几个地震作用下,对固有周期小于1s的短周期结构,复阻尼体系能量输入及阻尼能量耗散时程曲线值高于相应的粘性阻尼体系(对迁安记录固有周期需小于0.5s)。对中周期结构,两组曲线相近,对于长周期结构,复阻尼体系的能量时程曲线值低于相应的粘性阻尼体系值。对于每个地震记录,有一个临界值,体系的固有周期小于此值时,不同阻尼模型的能量输入、阻尼能量耗散时程曲线值无大差异,当周期大于此值时,不同阻尼模型的能量输入及阻尼能量耗散时程曲线差异较大。复阻尼体系对周期的敏感程度远大于粘性阻尼体系。当周期不变,阻尼比增大时,在峰值点之后,复阻尼体系能量时程曲线基本无大的变化,粘性阻尼体系能量时程曲线有抬高趋势。

地震能量空间分布局域标度特性中短期预报方法及效能评价——实际震例的回顾性检验

利用中国大陆丰富的地震记录，对表征地震能量空间分布局域标度特性的各参量〔１〕及其组合进行系统研究，提炼具有可操作性、能够用于日常地震监测预报的实用方法，特别着重于“异常”划分方式及划分标准的研究。这一划分方式及划分标准对不同地区或不同时段均是“动态”可变的，对所研究的１０个区域内发生的中强地震进行回顾性的预报检验，发现对于较短时期（０．５－１．５年），其最大预报评分的平均值介于０．３—０．６之间，明显高于随机应答的概率评分。

地震能量空间分布局域标度特性的初步研究

本文科用计算机数值模拟数据及大同地区三次中强地震前后的地震记录资料，在空间能量分布“漫化”的基础上，通过多重分形方法着重对能量空间分布的局域标度性质及可能的震兆信息进行研究。结果表明能量分布普遍地表现出多标度分形特性，但相同ｑ值Ｄｑ的时间变化或Ｄｑ～ｑ谱形态变化不明显。中强地震前标度指数谱ｆ（α）～α曲线两端大体对称或右端略低变为左端明显下降，同时α及ｆ（α）数值分布范围扩展、顶点右移。计算机模拟表明这相当于地震空间分布由随机向有序丛集演化，同时其能级分布也由均匀向极度不均匀演化。

地震能量时空分布的自仿射分形特征

探讨了小尺度空间范围内地震能量关于时间和空间分布的统计自仿射分形特征，从中得到了如下认识：地震能量关于时间的分布是自仿射分形的，代表分布结构特征的Ｈ值小于１／２，因而时间关联函数Ｃ（ｔ）＜０，表明地震能量关于时间分布的变化过程具有负相关效应；地震能量在空间上分布也具有自仿射分形特征，有限震例表明，Ｈ值小于但接近于１／２。

钢混框剪高层结构地震能量分布及耗散研究

为了研究复杂建筑结构在地震作用下地震能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理和PERFORM 3D软件对钢筋混凝土框架-剪力墙高层结构模型进行了动力弹塑性能量时程分析,得到了框剪高层结构在罕遇地震作用下地震能量的输入、分布及耗散规律;考察了地震动特性对钢混框剪高层结构地震能量输入及分配的影响,确定了地震耗能占输入能的比例时程;分析了结构阻尼比和结构延性对框剪高层结构地震输入能、阻尼耗能和滞回耗能及其耗能比例的影响规律,确定了阻尼比对滞回耗能和延性比对阻尼耗能的交互影响;研究了框剪高层结构地震滞回耗能沿结构竖向分布和沿横向构件内部分配的规律,确定了竖向刚度分布对结构地震滞回耗能的影响;揭示了钢混框剪高层结构地震输入能量及其分布规律。所得结论可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在复杂钢筋混凝土高层建筑结构实际工程中的运用提供参考。

梁式桥抗震设计的地震能量反应谱分析

合理选取4类场地320条强震记录,研究地震动特性和恢复力模型动力参数对弹塑性SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,得到如下结论:1对于弹塑性SDOF体系,只要给出某一标准设防烈度的地震能量反应谱,其他设防烈度的能量反应谱可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到;2可忽略屈服后刚度比对结构地震能量响应及其分配规律的影响;3阻尼比对地震总输入能的影响不大,但却对阻尼和滞回耗能有较大影响;4弹性和弹塑性SDOF体系的地震总输入能存在一定差别的,不能忽略结构延性对地震总输入能的影响;5低延性结构的延性能力的增加将会大幅提高其滞回耗能能力。在此基础上,采用非线性能量反应时程分析方法,建立适用于我国梁式桥抗震设计的地震总输入能谱、能量折减系数谱、滞回耗能谱和滞回耗能比谱,并为梁式桥基于能量的抗震设计提供以下建议:在采用能量方法对梁式桥进行抗震设计,因尽量使结构周期超过临界周期,以避免结构弹塑性地震输入总能量被放大;同时,还应控制梁式桥的延性不宜过大或过小。

单自由度体系地震能量反应的计算

在地震中,结构吸收地震波输入的能量,并以阻尼耗能和滞回耗能的形式消耗能量。通过结构弹塑性地震反应分析的时程分析法,可以计算出结构地震总输入能及结构阻尼耗能和滞回耗能的时程曲线。这些曲线可以为结构抗震分析提供依据。简要介绍了计算单自由度体系弹塑性地震能量反应的基本过程,并以算例说明。

钢筋混凝土框架抗震结构地震能量分布及耗散研究

基于能量平衡原理,对多层钢筋混凝土框架结构的地震输入能量的分布及耗散规律进行了研究。选用8条天然地震波和2条人工波,运用Perform-3D软件,对多层钢筋混凝土框架结构模型在7度罕遇地震作用下的弹塑性能量进行数值仿真计算。计算了钢混框架结构在不同地震波下的地震总输入能量、滞回耗能、阻尼耗能以及滞回耗能占总耗能的比例时程,分析了地震能量在各分量中的分布及分配规律;分析了阻尼比和延性比对地震输入能量的影响,确定了滞回耗能随阻尼比和延性比的变化规律;研究了钢筋混凝土框架结构梁柱构造和竖向侧移刚度变化对地震输入能及其分量的影响,确定了多层钢筋混凝土框架结构滞回耗能沿竖向的分布规律及沿横向在框架构件中的分配,研究了框架结构存在薄弱层情况下的滞回耗能的分布规律。揭示了多自由度钢筋混凝土框架结构地震输入能量及其分布规律,可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在工程实际中的运用提供有益的参考。

客运专线桥梁的地震能量响应分析

在依据能量平衡原理建立的客运专线桥梁地震能量方程的基础上,考虑柔性地基效应和地震动特性的影响,利用大型有限元分析(FEA)软件ANSYS建立某客运专线双柱式桥墩的FEA模型。研究了考虑土-结构相互作用效应的客运专线桥梁进入非弹性状态后的地震能量响应以及各类能量在结构整体系统中的分配规律。分析结果表明:结构滞回耗能和阻尼耗能是客运专线桥梁消耗地震能量的主要方式,而土-结构相互作用和地震动峰值加速度(PGA)对客运专线桥梁的地震总输入能、滞回耗能、阻尼耗能有显著影响,不容忽视。

自然正交函数在华北地震能量场分析中的应用

运用随机函数理论,将华北地区地震活动能量场看作时间和空间的随机函数,用自然正交函数展开方法,研究地震活动区内主要典型能量场的时间权重系数变化曲线,以及该典型能量场的空间等值线分布。研究发现,在研究区内,多数中强地震前,目标曲线较大幅度的升、降变化,预示了可能发生中强地震的时间段,而目标等值线分布的疏密变化,揭示了可能发生中强地震的区域。本文研究证实,地震能量随机场的自然正交函数展开方法,是一种值得探索的地震分析预测方法。

机场塔台地震能量反应研究

随着我国机场建设的快速发展,起着控制作用的机场塔台抗震安全性评价变得日益重要。文章从地震能量反应的角度出发分析了地震动对机场塔台的影响,采用杆系结构建立机场塔台计算模型,推导出机场塔台的地震能量反应计算方程,编制了计算机场塔台能量反应的MATLAB计算程序并验证其准确性。最后以典型的机场塔台模型作为算例,分析了该机场塔台在不同地震动作用下的能量反应,得到了一些有益的规律。

江苏及邻区中小地震能量场的时空变化分析

采用随机能量场的概念,将地震活动能量场看作时间和空间的随机函数场,用自然正交函数展开的分析方法,研究江苏及邻区自1970年1月至2007年12月的中小地震(2.1≤ML≤4.5)能量场变化特征,以及主要典型能量场的时间"权重"系数的变化特征。结果显示:前7个典型场的展开精度为0.9244。研究区内不同构造块体的地震活动能量场强度存在明显差异,其中下扬子块体的苏中、苏南地区及南黄海海域的地震背景能量值高于其他地区;从典型场的分布来看,该区域对研究区能量场的影响也最为显著。前6个主要典型场的时间"权重"系数随时间的变化幅度与研究区大部分中强震之间在时间上存在很强的相关性。