汶川地震动弹性和弹塑性反应谱分析

利用汶川地震获得的数字强震记录研究了汶川近场无速度脉冲、近场含速度脉冲和远场(盆地效应)地震动的弹性和弹塑性反应谱,后者包括等延性强度折减系数谱Rμ、等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR。与相同场地条件PEER近场无速度脉冲、集集近场含速度脉冲地震动的谱进行了比较。汶川近场含速度脉冲地震动的弹性反应谱在0.2～0.8s周期内明显偏小,而它的弹塑性反应谱在短周期段(0.1～0.4 s)与汶川近场无速度脉冲地震动谱差别不大,但等延性强度折减系数谱Rμ要大于集集地震含速度脉冲地震动的谱,而等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR则小于集集地震动情况,此后随周期增长(至0.6～1.0 s后)它们都逐渐过渡至与集集地震动的谱相当。汶川远场(盆地效应)地震动的弹性反应谱具有较宽并随周期缓慢增长的平台值和较长的特征周期,可达1.7s及以上。提出了远场(盆地效应)与近场地震动的弹性反应比谱和弹塑性位移比谱的概念。

应用弹塑性反应谱对IDA方法的改进研究

针对传统IDA方法中结构的加速度反应远高于SPO分析结果的现象,采用弹塑性反应谱作为IDA的烈度度量,同时给出随地震烈度改变而不断变化的屈服强度系数,提出了改进的IDA方法,更有效地考虑了结构的非线性地震反应特征。实际工程分析表明,改进的IDA方法能够体现结构的非线性受力反应,同时兼顾结构的动力反应特征,与SPO曲线和由规范计算得到的结构承载力有更好的可比较性。

考虑我国场地土类型的弹塑性反应谱法在高层混合结构中的应用

弹塑性反应谱法中,强度折减系数、延性系数、周期之间的关系模型(R-μ-T关系)是影响计算结果的一个重要参数。各国学者考虑不同地震动记录、滞回模型、场地土条件、阻尼比等参数,提出了不同的模型,但在场地特征对关系影响上存在不同认识。本文按考虑我国场地土类型的模型,分别进行了某高层混合结构在设防7度、7.5度、8度、8.5度、9度下的弹塑性反应谱计算,得到了一系列结构最大层间位移角,并与增量动力分析(IDA)的结果进行了对比。分析表明,考虑我国场地土类型的高层混合结构弹塑性反应谱计算结果与IDA分析50%均值曲线吻合较好。本文计算结果可为弹塑性反应谱法在复杂高层结构中的应用提供基础。

长周期地震动弹塑性反应谱的参数影响

根据长周期地震动的频谱特性,从日本强震数据网K-NET和KiK-net中,合理挑选了47条长周期地震动记录,研究长周期地震动与普通地震动的弹性反应谱的区别.结果表明:长周期地震动加速度谱的卓越周期和长周期段的谱值都明显大于普通地震动的,且其弹性位移谱的谱值比普通地震动的大很多.在此基础上,对长周期地震动弹塑性反应谱(加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱)进行全面的参数影响研究,得到地震动特性(场地土质、震中距、地震动峰值加速度)和恢复力模型动力参数(屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数)等因素对长周期地震动弹塑性反应谱的影响规律,为长周期地震动弹塑性设计反应谱的最终建立提供有益参考.

结构地震弹塑性反应谱--损伤谱

首先,本文基于各国广泛使用的由Park和Ang提出的双参数损伤模型,研究基于损伤性能的弹塑性反应谱(损伤谱)的分析方法。其次,文中考虑结构极限状态设计,并通过自编DBDS程序,研究得到了损伤反应谱(简称"RD谱"),RD谱综合考虑了结构最大弹塑性位移和结构累积滞回耗能的耦合影响,更加合理地反映结构在罕遇地震作用下的弹塑性行为。第三,通过大量时程分析和拟合得到回归公式及其相关系数,研究成果可供抗震性能评估使用。最后,由本文提倡的RD谱和已有研究的Rμ谱做了定性比较分析,说明了考虑地震动持时的必要性和重要性。

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱(加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱)进行参数影响研究,得到地震动特性(地震震级、场地土质、PGA)和恢复力模型动力参数(不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数)等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知:(1)Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽;(2)Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。

框架结构弹性及弹塑性反应谱研究

对大量不同结构类型平面框架进行地震弹塑性时程分析,得出地震响应时程曲线;根据曲线上的最大值绘出弹性及弹塑性反应谱,并拟合其反应谱计算公式,比较了它们之间的异同。参考现行抗震规范提供的反应谱计算公式,将不同结构类型的反应谱进行规准化,并与规范计算公式进行比较,结果表明现行规范反应谱计算方法比较粗糙,不能很好反映不同结构类型的地震反应特点。

弹塑性反应谱的分析

为了分析结构在地震作用下的弹塑性反应,该文探讨了弹塑性反应谱。该文推导了弹塑性反应谱的基本方程,计算了等延性强度需求谱;描述了通过强度折减系数、延性系数及结构周期之间的关系建立弹塑性反应谱的方法;参照弹性反应谱理论分别得到了四种弹塑性反应谱。计算结果表明:当延性系数较小且土质较硬时,该文计算的弹塑性反应谱与范立础的弹塑性反应谱近似相等;当延性系数较大且土质柔软时,该文计算的弹塑性反应谱相对安全。

在水平荷载作用下不规则建筑结构的弹塑性反应综述

建筑结构在强震作用下的变形通常进入非弹性阶段,特别是不规则建筑结构,由于平动与扭转耦合效应使之在强震作用下的弹塑性更为复杂。因此,这方面的研究还存在相当大的难度,当前并没有形成较为一致的结论。本文着重探讨了建模、刚度偏心、质量偏心和强度偏心等因素对不规则建筑结构弹塑性反应的影响,对不规则建筑结构的弹塑性反应做了简要评述,指出文献中存在分歧和矛盾的主要原因,以便为更深入地开展不规则建筑的地震反应分析做必要的准备。

带高位厚板转换层混凝土框筒结构地震弹塑性反应分析

研究带高位厚板转换层钢筋混凝土框架核心筒结构的弹塑性地震反应.通过非线性动力时程分析,探讨地震强度水平、转换层层位、转换板厚度、下部结构刚度和楼层屈服承载力对层间位移和楼层剪力等结构弹塑性反应的影响.结果表明:层间位移和楼层剪力随地震强度增大而增大,地震强度越大影响越显著;随转换层层位提高,层间位移增大;转换板厚度增加对转换层下部结构的抗震不利;转换层下部核心筒剪力墙厚度和框支柱截面增大,均会减小结构的层间位移,但下部楼层剪力增大;楼层屈服承载力是影响结构位移反应的重要因素.

弹塑性反应谱及其在抗震设计中的应用

由于当采用抗震规范中的弹性反应谱估算结构弹塑性变形时有许多局限性,该文提出了在抗震设计中直接使用弹塑性反应谱计算在罕遇地震作用下结构的弹塑性反应。该文利用弹性反应谱和Vindic模型中的R-μ-T关系,通过理论分析,推导了弹塑性反应谱的一般表达式,并且提出了弹塑性反应谱在地震作用计算中的应用方法。根据算例分析,延性系数越大,楼层地震剪力越小,但延性系数对层间位移的影响很小。另外,在罕遇地震作用下根据该文提出的方法计算而得到的层间弹塑性位移比根据抗震规范中所提出方法得到的层间弹塑性位移小。

双向地震下刚度偏心体系的弹塑性反应谱研究

针对实际地震动的多维性、偏心引起结构多分量反应的耦合作用以及结构非线性的空间耦合特性,建立了可考虑刚度偏心影响的单层体系弹塑性等延性拟强度折减系数谱。根据对硬、中、软三类场地60条地震动记录进行时程计算的结果,分析了不同场地类型、相对偏心距、扭转频率比等因素对拟强度折减系数谱的影响,为进一步建立可应用于工程实际的多维弹塑性设计反应谱奠定基础。

深覆盖软土场地弹塑性反应谱分析

基于汶川地震中不同震中距处获得的实测基岩地震动,以不同震中距来考虑不同的设计地震分组,通过典型深覆盖软土场地地震反应分析得到地表加速度响应,以弥补目前深覆盖软土场地实测地震动记录的不足。对得到的地表加速度响应的弹塑性反应谱进行了分析和拟合。分析表明,在等位移准则或等延性系数下,设计地震分组对深覆盖软土场地弹塑性反应谱的折减系数和衰减规律影响显著,完善了目前弹塑性反应谱研究时未考虑设计地震分组的不足。同时,通过相应的物理边界条件和数学条件,提出基于设计地震分组的深覆盖软土场地弹塑性反应谱拟合函数,得到了可供工程应用的弹塑性设计反应谱。

抗震结构弹塑性反应谱的研究与应用

随着基于性能抗震设计理论的提出,以及对结构弹塑性地震反应研究的深入,弹塑性反应谱的研究得到更多的重视与发展。文中首先阐明了弹性和弹塑性反应谱的基本概念;其次,归纳和讨论了国内外弹塑性反应谱的研究现状,阐述了现有一些弹塑性反应谱研究的不足,并指出研究的基于Park和Ang双参数损伤模型的弹塑性反应谱,能够综合考虑了结构最大位移反应和结构累积滞回耗能的耦合作用,使弹塑性反应谱的研究进一步深化;最后,指出了弹塑性反应谱在基于性能抗震评估中的应用,但要将弹塑性反应谱应用于抗震设计规范中还存在诸多困难。

地震作用下框架结构的弹塑性反应分析

根据弹塑性有限元理论,运用基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,建立框架结构空间三维杆系模型和平面杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下对框架结构进行弹塑性反应分析,获得各层层间位移角和顶层水平位移时程曲线,并对两组结果进行比较。通过对模型的计算,得到框架结构在地震作用下出现塑性铰的先后顺序以及结构的薄弱环节。

地震作用下框架结构三维弹塑性反应分析

利用弹塑性有限元理论和ADINA有限元结构分析软件,引入三维梁单元和壳单元,编制了框架结构空间弹塑性地震反应时程分析程序,并建立框架结构空间三维杆系模型,对地震作用下的框架结构进行了弹塑性反应分析,得到了结构的自振周期和顶层水平位移时程曲线。通过振型分析,模拟结果符合建筑物的实际震害,验证了程序的可靠性,表明采用ADINA建立有限元模型进行弹塑性地震反应分析是可行的,并具有较高的精度,为进行建筑结构弹塑性地震反应分析提供了新的手段。

偏心配筋砌体结构弹塑性反应的影响参数分析

为了研究影响多高层偏心配筋砌体结构弹塑性地震反应的主要因素 ,采用自行编制的平扭耦联时程分析程序 (EDAPCSC) ,进行了真实结构的参数分析 ,初步确定了影响结构平动位移反应的因素 :结构层数和层高、地震动强度、抗侧移刚度 ,等 ;并确定了影响结构扭转反应的因素 :结构偏心率、结构层数、地震动特性 ,等 ,初步得到了扭转反应和结构特性之间的某种关系 .分析还表明 :结构中的危险楼层总是发生在底部 ,结构总的破坏程度由平动位移控制 ,经合理设计后配筋砌体结构具有良好的抗震性能 .

普通混凝土结构与自复位结构的地震弹塑性反应谱

针对钢筋混凝土结构的典型滞回模型(Clough模型)与新型自复位结构的旗帜型模型,通过对国内外大量地震波输入下的单自由度体系弹塑性反应谱分析,结合我国规范规定的各类场地特征,给出了适用于普通混凝土结构与自复位结构的等延性折减系数谱。并对其进行了多段折线函数拟合,拟合结果在结构的常见周期段内误差小于10%,可满足工程实践的精度要求。比较Clough模型与旗帜型模型弹塑性反应谱的差异,结果表明,自复位结构在相同的变形预期下有着更高的承载力需求,必须对结构的耗能能力与承载力进行合理设计才能满足预期的变形要求。

FPS支座隔震桥梁的弹塑性反应谱分析

弹塑性反应谱分析法是将结构等效线弹性化后,利用修正的弹性反应谱进行分析的方法。因此简述了FPS支座的优点及基本原理,并提出FPS隔震桥梁的等效线弹性化和弹塑性反应谱分析方法。选择3种阻尼影响系数的计算方法,研究结构阻尼对反应谱的影响。以1座4跨连续梁为例,进行弹塑性反应谱分析并将其结果与非线弹性时程分析结果进行对比。对比结果表明结构阻尼对地震响应结果影响较大,同时弹塑性反应谱分析结果与时程分析结果吻合较好,可为今后FPS隔震桥梁的设计分析提供一定参考与借鉴。

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。