基于改进JMA烈度的脉冲型地震强度预测方法研究

为解决中国强震观测台网布设稀疏、脉冲型地震记录少、难以评估某一地区脉冲地震烈度大小的问题,提出了一种预测脉冲型地震烈度的方法,根据历史地震情况、场地条件、地质情况,采取人工合成的方法生成脉冲型地震,研究日本气象厅计测烈度(JMA烈度)与脉冲地震的相关性,并利用中国地震仪器烈度滤波器对JMA烈度方法进行修正。通过算例计算了鲁甸地震53QQC台站的JMA烈度,并绘制了鲁甸地震和汶川地震的烈度分布云图;选取汶川地震部分台站,对比分析改进JMA烈度与典型烈度计算方法。结果表明:从历史地震数据中提取的高频成分与根据场地、地质情况等生成的低频脉冲成分相叠加,可实现脉冲型地震动的人工合成;随着脉冲速度不断增大,JMA烈度呈增大趋势,回归分析结果表明JMA烈度与脉冲速度的对数呈线性关系;随着脉冲周期的不断增大,JMA烈度呈上升趋势,回归分析结果同样显示为线性关系,可见JMA烈度与脉冲地震有较强的关联性,可以用来衡量脉冲型地震动强度;相较于原滤波器,改进后的滤波器有效频带明显更宽,有效频带在0.3~3 Hz之间,能够涵盖中国绝大部分工程结构的卓越频率,有效频带内部更加平坦,而在有效频带外部则呈现更陡峭的响应,更接近理想滤波器的特性。

近远场地震下RC大跨轻柔拱桥减隔震支座方案优化

为探明不同地震动输入对某大跨轻柔拱桥减隔震的影响,通过非线性有限元模型分析近远场地震下桥梁结构的响应规律,得到大桥支座的优化布置方案.首先,基于模态分析,对比该桥与传统钢筋混凝土(RC)拱桥动力特性差异;其次,选取不同脉冲周期的近场地震动、近场无脉冲及远场长周期地震动记录;最后,研究近远场地震下拱桥的响应行为和损伤演化路径,得到优化桥梁的减隔震支座设计方案.研究结果表明:近场脉冲及远场长周期地震下的桥梁结构响应大于无脉冲地震响应;纵竖向地震下高墩柱剪力及弯矩包络曲线呈“S”形,墩身中部易形成塑性铰,高阶振型影响显著;桥梁纵桥向先于横向震损,损伤路径依次为矮柱、高墩柱及拱肋实心-空心截面段;摩擦摆支座减震效果最佳但位移较大,高阻尼支座方案在近场中长脉冲周期及远场长周期地震下仍会发生损伤,板式橡胶支座方案因无法保证支座同步滑移而不能形成准隔震体系;“高阻尼+摩擦摆”混合方案的支座位移小,拱肋及墩柱均处于弹性,是近断层大跨轻柔RC拱桥的优选减隔震方案.

双向速度脉冲地震下偏心重力柱-核心筒结构的弹塑性地震响应研究

研究速度脉冲地震和结构质量偏心综合不利条件下新型重力柱-核心筒结构体系的弹塑性反应规律。选取速度脉冲和非速度脉冲地震加速度记录各10条,进行地震动双向输入,采用结构非线性分析软件CANNY进行有限元数值分析,研究脉冲型地震和结构质量偏心对新型体系弹塑性地震反应的影响。分析结果表明,速度脉冲型地震作用下各结构的层间位移角、层间剪力和层间扭转角显著高于非速度脉冲地震下的相应值。质量偏心对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角和层间扭转角都随着偏心率的增大而增大,而层间剪力则随偏心率的增大呈减小趋势。建议在重力柱-核心筒结构设计中应重视速度脉冲地震和结构偏心的耦合不利影响。

利用深度自编码算法的地震脉冲信号检测方法

四川省汶川地震发生前,一些测震和形变台站记录到了低频脉冲信号。为了进一步分析和判别这类脉冲信号的真实性,提出了基于深度自编码算法的地震脉冲信号检测方法。以汶川地震为例,首先收集四川省49个台站震前9天的波形数据作为样本集,采用连续小波变换获得波形数据的时频谱,然后利用深度自编码神经网络对其进行训练,并应用于地震脉冲异常信号的自动识别。测试结果表明,所构建的深度自编码网络模型具备良好的稳定性,对新数据的识别准确度在93%以上。最后初步统计了汶川地震前1个月四川省出现的疑似脉冲异常的空间分布,从断层慢滑移运动的角度给出了一种可能解释。

脉冲型地震下竖向不规则重力柱-核心筒结构的弹塑性地震响应

研究了速度脉冲型地震作用和结构竖向不规则双重不利条件对结构弹塑性地震反应的影响。设计了20层和30层的新型重力柱-核心筒典型结构,通过改变底层刚度得到一系列竖向不规则结构。分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录,采用CANNY软件对竖向不规则重力柱-核心筒结构进行弹塑性动力时程分析,研究速度脉冲效应和竖向不规则对结构弹塑性地震响应的影响规律。结果表明,速度脉冲地震下结构层间剪力、层间位移和倾覆力矩均明显高于非速度脉冲地震下的对应值;竖向不规则对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角随着竖向不规则比率的减小而增大,层间剪力和倾覆力矩则呈略微减小的变化趋势。建议在新型重力柱-核心筒结构设计中应考虑速度脉冲地震和结构竖向不规则的耦合影响。

缓冲型拉索减震支座脉冲地震下减震性能

为了解决脉冲型地震作用下桥梁结构地震响应较大的问题,通过拉索差异化布置、增设弹簧缓冲装置等方法对现有拉索减震支座进行改进,提出缓冲型拉索减震支座装置。本文阐述了缓冲型拉索减震支座的设计思想和工作原理,以实际工程为背景,应用SAP2000有限元分析软件建立连续梁桥模型,对比缓冲型拉索减震支座和拉索减震支座在脉冲型地震作用下抗震性能的异同,研究了缓冲型拉索减震支座设计参数对脉冲型地震作用下桥梁减隔震性能的影响规律。分析结果表明:缓冲型拉索减震支座在脉冲型地震作用下能够实现力和位移的合理调节,可以起到较好的减隔震效果。

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。

近断层脉冲型地震动下基础隔震结构的碰撞响应

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震下会产生较大的水平位移,甚至超出预留宽度而与周围挡墙发生碰撞。本文采用数值分析的方法,在SAP2000中建立了精细化的钢筋混凝土结构平面框架模型,通过弹塑性时程分析,研究了碰撞对基础隔震结构的影响规律,并通过参数研究进一步探究了邻近构造物与隔震基础距离、碰撞刚度、不同地震动对碰撞响应的影响。

近场水平地震动选取原则及脉冲型水平地震动弹性谱特性研究

以近40年来世界范围内发生的20次地震总计800条水平地震记录为基础,从加速度反应谱入手,研究震中距、PGV/PGA比值及震级对水平加速度反应谱特性的影响,提出了一种同时考虑震中距、PGV/PGA比值及震级3个指标的近场地震动选取方法。然后对选取的脉冲型水平地震记录作加速度反应谱研究场地类别、震级、PGV/PGA比值等因素对脉冲型水平地震动反应谱特性的影响。研究表明:(1)PGV/PGA>0.2、震中距D<20 km、6.5<M_w<7.0作为近场脉冲型地震动的选择原则具有可行性。(2)PGV/PGA>0.2、震中距20<D<50 km、M_w>7.0作为中远场脉冲型地震动的选择原则需要进一步研究。(3)震级M_w>7.0时脉冲型地震动反应谱谱值在中长周期范围内明显增大。(4)PGV/PGA>0.2时脉冲型地震动平均谱谱值在中长周期范围内明显增大。

速度脉冲地震作用下竖向不规则结构位移延性需求分析

研究速度大脉冲地震作用下结构底层刚度、强度以及两者组合竖向不规则剪切型结构的抗震位移延性需求。选取8条近断层速度大脉冲地震记录,以集中质量剪切型多自由度模型结构为分析对象,通过非线性动力时程分析,研究速度脉冲地震效应和底层竖向不规则综合不利条件下,结构抗震位移延性需求及其沿楼层分布模式的变化规律。分析结果表明:速度脉冲地震作用下竖向不规则结构有更大的位移延性需求;底层强度不规则比底层强度和刚度组合不规则对结构最大层间位移延性需求的影响大,底层刚度不规则时位移延性需求表现出不同的规律;单独减小底层强度或同时减小底层强度和刚度均会增大结构底层位移延性需求而削弱其他楼层位移延性需求,而单独减小底层刚度会使所有楼层位移延性需求均有不同程度的减小。

速度脉冲地震作用下竖向不规则RC结构抗震位移需求分析

采用8条强速度脉冲地震记录,通过弹塑性增量动力时程分析,研究不同地震动强度水平时竖向不规则质量和刚度布置对钢筋混凝土框架结构抗震位移需求的影响.分析结果表明:速度脉冲地震作用下,楼层质量和刚度突变对结构位移需求有很大影响,地震动强度水平越大影响越显著;顶层质量突变对结构位移需求的影响较大,下部楼层刚度突变对结构位移需求和延性需求的影响很大.

近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱抗剪性能的影响

以单个RC柱为分析对象,采用台湾集集地震中3组断层距18条速度脉冲型地震动记录,通过非线性动力时程分析,研究断层距、竖向与水平加速度谱值比、柱初始轴压比、竖向和水平振动周期以及剪跨比对RC柱抗剪性能的影响规律。结果表明:近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱的抗剪性能有很大影响;抗剪性能系数随反应谱比值增大而减小,中等初始轴压比与断层距、以及剪跨比与近断层距(0～10km)对柱抗剪性能有交互作用。最后,对结果进行非线性回归分析,建立了考虑近断层竖向速度脉冲地震效应及其影响因素交互作用的抗剪性能系数表达式。

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究。考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响。研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响。

钢筋混凝土框架结构在近断层脉冲型地震动作用下的动力响应

基于现行的抗震设计规范设计了三层、六层和九层的钢筋混凝土平面框架结构。并对这些钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动和一般地震动作用下的动力响应进行了研究,研究发现:对于近断层地震的脉冲效应现行的抗震设计规范考虑不充分,结构的层间位移角并不能满足1/50的限制条件。因此建议不考虑地震调整系数,以此来保证结构在近断层地震作用下的安全。

脉冲型非一致地震作用下千米级斜拉桥减震研究

首先考虑场地和视波速等因素,从已知脉冲型地震动合成相关点的脉冲型非一致地震动;其次建立了千米级斜拉桥有限元模型,进行了非一致地震反应分析,考虑了几何非线性,结果表明混合场地以及较低的视波速为该类型桥梁的最不利工况;然后对弹性连接和黏滞阻尼器2种减震方式进行了参数分析;最后对2种方式的减震效果进行了比较,结果表明:黏滞阻尼器在脉冲非一致地震动下的减震效果不如在一致地震动输入情况下的明显,对塔底弯矩的减震效果甚至不如弹性连接方式。修建更大跨径的斜拉桥,其脉冲非一致地震动下的减震设计,可能需要另寻它法。

近场脉冲地震下考虑钢筋锈蚀的桥梁抗震性能研究

近场脉冲地震对工程结构具有很大的破坏性.随着结构服役时间延长,钢筋锈蚀造成结构抗震性能下降,因此研究近场脉冲地震下结构的时变抗震性能具有实际工程意义.本文以一座常规连续梁桥为研究对象,通过引入相应锈蚀模型,以增量动力分析方法为基础,对桥梁结构时变抗震能力和需求进行了研究.结果表明,钢筋锈蚀对结构抗震性能的影响主要表现在非线性阶段,随着服役时间延长,结构刚度退化明显;考虑钢筋锈蚀时变效应后,IDA曲线的位移评估结果与规范吻合较好.

速度脉冲地震下偏心剪力墙结构的抗震需求

研究强速度脉冲地震作用下,刚度偏心、强度偏心和组合偏心剪力墙结构的弹性和弹塑性抗震需求。基于轴力-弯矩相互作用模型,选取8条速度脉冲地震记录,进行单层钢筋混凝土(RC)偏心剪力墙结构的动力时程分析,讨论结构的弹性位移和扭转角需求,弹塑性位移、扭转角和延性需求的变化规律,揭示不同偏心形式对结构抗震需求的影响机理。研究结果表明:偏心剪力墙结构在强速度脉冲工况下比在非速度脉冲工况下有更大的抗震需求;轴压比对结构弹塑性抗震需求有一定影响;刚度偏心是影响结构弹性抗震需求的主要因素,而强度偏心对结构弹塑性抗震需求的影响最为显著。建议对偏心剪力墙结构进行弹塑性分析时宜增加强度偏心作为基本参数,并考虑轴力影响和速度脉冲地震效应。

速度脉冲地震和结构偏心耦合效应对结构影响系数的修正

研究结构偏心和速度脉冲强震双重耦合不利对钢筋混凝土框架体系结构影响系数的修正措施。通过理论推导建立该耦合不利效应对结构影响系数的修正方法,给出修正系数计算流程。以最不利的强度偏心框架为对象,分别选取10条速度脉冲型和非速度脉冲型地震加速度记录,开展非线性动力时程分析,量化速度脉冲地震效应、偏心率、结构延性和楼层数对修正系数的影响规律。基于数值分析结果,建立修正系数的拟合关系式。结果表明,速度脉冲地震工况下的修正系数明显大于非速度脉冲工况。修正系数随偏心率增大,先线性增大后非线性急剧增大。偏心较小时,延性对修正系数的影响较小;偏心较大时,修正系数随延性的增大而减小。楼层数对修正系数无明显影响。拟合的修正系数关系式可为抗震设计中综合考虑速度脉冲地震和结构偏心的不利影响提供参考。

近场脉冲型地震作用下黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩减震作用研究

为研究黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的减震作用,基于摇摆刚体假定和拉格朗日方程,对采用黏滞阻尼器的双柱摇摆桥墩进行实例分析、参数分析和抗倒塌能力分析。研究结果表明:黏滞阻尼器可减小双柱摇摆桥墩的地震位移反应,且作为速度型阻尼器,其在近场脉冲型地震作用下的减震效果比远场地震更为显著;在近场脉冲型地震作用下,随着黏滞阻尼器的无量纲阻尼常数(λ)的增大和阻尼指数(nv)的减小,桥墩位移反应随之变小,当阻尼器失效位移大于120mm时桥墩峰值位移反应无显著变化;黏滞阻尼器的减震作用可有效提高双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的抗倒塌能力,λ越大和nv越小,桥墩的抗倒塌能力越强。

脉冲型地震作用下独塔自锚式悬索桥碰撞响应试验研究

为了研究脉冲型地震作用下考虑碰撞效应时自锚式悬索桥的地震响应,以某独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了缩尺比为1∶20的试验模型,并选取三条具有不同脉冲周期的近断层脉冲型地震波,利用多子台地震模拟振动台台阵系统,进行了一致激励及行波激励下的对比试验。结果表明:一致激励下梁端碰撞效应会显著增加边墩墩底变形,但会不同程度降低支座的位移响应,且碰撞效应随碰撞间隙的增加先增强后减弱;行波激励会加剧梁端碰撞作用,使碰撞效应对边墩墩底变形和主塔塔底变形的放大作用更显著;脉冲型地震动的脉冲周期与悬索桥基本周期越接近,碰撞效应越强,对边墩墩底变形及主塔塔底变形的放大效应越显著,但对支座位移降低程度的影响不明显;因此,对自锚式悬索桥进行抗震或减震设计时应当考虑碰撞效应、行波效应及地震动脉冲特性的影响。研究成果可为桥梁结构的碰撞响应研究提供参考。