基于等损伤的主余震序列型地震动PGA放大系数谱研究

大地震发生后往往会伴随强余震发生,强烈余震会加重结构的破坏程度,在抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响是一重要课题。采用NGA-West2数据库建立主余震序列型地震动记录数据集,基于损伤等效思想定义主余震作用下PGA放大系数α,针对单自由度体系结构,通过动力时程分析建立不同相对强度、不同场地条件下平均PGA放大系数谱,进一步通过回归分析构建PGA放大系数谱的预测方程,分析统计结果的离散性。结果表明:PGA放大系数谱受场地条件影响较小,受主余震相对强度影响显著;放大系数谱值随周期增大而减小。谱预测方程能够提供目标损伤下结构的主震PGA放大需求,并可以作为设计谱调整系数使用,以实现在结构抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响。

主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa(T_1)_(余震)/Sa(T_1)_(主震)较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。

基于Copula理论的序列型地震动随机模型

通过考虑序列型地震动中主震和余震间的空间相关性,将已有地震动物理随机模型推广至序列型地震动随机模型。依据序列型地震动的产生与传播机制,将其表示为包含16个随机变量的Fourier模型。考虑主震与余震的空间相关性,基于Copula理论,将模型更准确地表示为6个二维随机变量和2个一维随机变量;为描述地震动在局部场地上传播的过程,建立了序列型地震动的随机场模型;根据1038组实测序列型地震动及5组地震动台阵数据,对模型中的物理随机变量进行参数识别和统计分析,结合Copula函数,给出了各参数的概率分布。与实测地震动对比表明:该文提出的序列型地震动随机模型,能够较为真实地再现序列型地震动的空间相关性以及地震动在局部场地的行波效应。

序列型地震动物理随机模型研究

通过引入主震与余震间的震级、震源参数以及峰值速度的物理关系,将已有的单震物理随机模型推广到序列型地震动,并利用实测主余震记录拟合获得了模型中各参数的概率分布,进一步结合窄带谐波叠加法实现了序列型地震动的工程模拟。从典型样本时程和反应谱两个层面上与实测地震动记录进行了对比,结果表明模拟地震动具有与实测记录相同的频谱特性,能够反映实际地震动的时域、频域非平稳性,建议模型所给出的反应谱均值和标准差与实测记录的统计结果基本一致,可用于序列型地震作用下工程结构的抗震性能分析。

序列型地震作用下地铁车站损伤分析

以往地下结构抗震分析中,通常只关注单次地震作用下结构峰值响应,对地下结构在序列型地震动下损伤机理认识不足。聚焦序列型地震动下地铁车站的损伤分析,以揭示余震对地下结构损伤的影响规律并探究合理的结构抗震性能指标。挑选7条真实主余震序列,通过地震动反演生成下卧基岩序列地震记录。考虑序列地震动方向性和相对强度的影响,开展土-地下结构系统非线性动力时程分析,并采用峰值层间位移角,残余层间位移角和Park-Ang指数评估地下结构地震损伤。分析结果表明,余震的方向性对损伤的影响呈现不规律性。主余震相对强度较大时,余震引起主震震损后的地下结构向更高级损伤状态跃迁。在地下结构地震损伤评价指标选择方面,残余层间位移角受主余震的相对方向影响显著,而峰值层间位移角无法反映余震强度小于主震时对结构造成的损伤,均不适合作为表征余震造成地下结构附加损伤的指标。而Park-Ang指数除能反映过度变形损伤外还能反映累积滞回能量耗散,能较好地表征结构在主余震下的真实损伤,较适合作为序列型地震作用下地下结构损伤评价指标。

序列型地震作用下考虑损伤的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。本文研究主余震序列型地震作用下单自由度体系考虑损伤的强度折减系数谱。首先收集主余震实测记录并按中国抗震规范要求进行场地类别划分,对余震峰值进行调幅后进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、损伤指数、余震作用等因素对强度折减系数需求的影响。结果表明余震对强度折减系数的影响显著,考虑累积损伤的强度折减系数(R_D)是基于位移延性的强度折减系数(R_μ)的0.6至0.9倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了平均强度折减系数谱的简化公式。

序列型地震作用下AP1000核反应堆屏蔽厂房损伤灾变精细化分析

以AP1000核反应堆屏蔽厂房结构为研究对象,在单一和序列型地震动作用下对屏蔽厂房的整体动力灾变行为进行损伤评估,在此基础上基于分区理念,将其沿高度方向分为9个环带区(BS-1,BS-2,MS-1~MS-7)、沿环带方向间隔15°划分24个子区(C1~C24),在序列型设计和超设计地震作用下探讨了各精细化子区域的动力灾变行为和损伤发展。研究表明:屏蔽厂房结构在设计、超设计、甚至巨震作用下的损伤变形特征均以剪切型破坏为主,随PGA增大损伤首先向洞口所在高度的环带方向拓展、贯穿,随后沿高度向上下不断延伸,损伤程度以闸门洞口环带最为严重、其次为上部洞口环带、再次为基础区域和上下洞口之间区域、最后为顶部水箱区域;余震对主震后结构损伤的加剧效应仍集中在已损伤区,随地震动PGA增大加剧效应呈现先增长后下降的趋势;闸门洞口区域损伤直接影响屏蔽厂房的损伤发展,该区域的灾变行为宜采用损伤最大值描述,其余区域可采用损伤平均值描述,在设计中应有针对性地对闸门洞口采取加强处理措施。

主余震序列型地震下基于延性的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计理论中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。主要研究了主余震序列型地震作用下单自由度体系的基于延性的强度折减系数谱。首先收集实测的主余震序列型地震记录并按中国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)要求进行场地类别划分,对余震峰值加速度进行调幅后,再进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、余震和场地类别等因素对强度折减系数的影响。结果表明,强余震对基于延性的强度折减系数影响显著,尤其是在短周期阶段,余震相对强度系数为1.5时,主余震序列型地震作用下的强度折减系数是仅受主震作用下的0.8倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了强度折减系数谱的简化公式。