汶川地震动摇摆分量参数的衰减特征分析

受接收设备和记录数量的限制,对摇摆分量内在属性及参数的统计分析了解甚少。为揭示摇摆分量的工程特性,便于结构抗震分析合理选取地震动参数,基于“5·12”汶川8.0级地震的348条数据记录,对比分析平动分量和摇摆分量的幅值以及频谱和持时的空间分布特征和随断层距的衰减规律。研究表明:摇摆分量与平动分量相比,在数量上峰值小很多,能量持时稍小且特征周期偏大。摇摆分量参数的空间分布特征为峰值具有沿断层破裂传播方向的方向性效应,峰值比、特征周期、能量持时的方向性效应不明显;除特征周期外,峰值、峰值比和能量持时均存在上下盘效应,上盘大于下盘。随断层距的变化特征为摇摆分量参数与平动分量参数的规律性一致,均表现为随断层距的增大,峰值减小,峰值比、特征周期和能量持时增加。

随机地震动摇摆分量对风电塔结构地震响应影响的分析

我国目前为世界第一风电装机大国,合理的抗震设计是确保风力发电塔架安全性的重要措施。常规的结构地震响应分析多考虑水平地震作用,鉴于风电塔结构高耸的特点,有必要对地震动摇摆分量对风塔地震响应的贡献进行分析。基于风电塔结构单自由度简化体系,发展了在地震动摇摆分量下结构响应的随机振动分析方法。利用这种方法,对额定功率为1.25MW和5MW的风电塔进行数值分析。结果表明,这两座风电塔地震动在摇摆分量作用下塔顶位移极值期望与地震动水平分量作用下塔顶位移极值期望的比值分别为1.80%和1.93%,可以认为地震动摇摆分量对65m和90m这两个高度的塔顶位移贡较小。但对于更高的风电塔,仍在做进一步的统计计算。

地震动摇摆分量的合成

基于入射体波(P和SV波)的波长和傅里叶幅值谱及干涉产生的面波(Rayleigh波)对地震动摇摆分量的影响,给出地震动摇摆分量合成公式.基于弹性波动理论和快速δ-矩阵算法求出设定地壳模型的面波频散曲线,同时考虑了入射体波和面波产生的摇摆分量,并基于Trifunac的研究给出地震动摇摆分量的合成过程.即由设定未来地震的地震震级M、震中距R和场地类别s等条件,利用修正的Trifunac合成公式以合成地震动平动分量,然后考虑体波和面波不同频率成分分量的贡献,合成地表一点处的地震动摇摆分量,并给出三联反应谱.

地震动摇摆分量对非对称结构的影响

利用MATLAB软件,从汶川地震一地震记录的平动分量计算得到摇摆分量,并采用ABAQUS有限元分析软件,分析两偏心结构的三维模型分别在地震动水平分量和水平加摇摆分量作用下的弹性位移响应。结果表明,地震动摇摆分量对双向偏心结构的影响比单向偏心结构大,在结构的较低层,摇摆分量对结构的位移有减弱作用,而在结构的较高楼层处,摇摆分量对结构位移响应的不利影响显著增加,在这类结构的抗震设计中应对摇摆分量的影响予以足够重视。

地震动摇摆分量对对称框架作用的数值分析

作者采用弹性波动理论基础上的频域法，考虑了地震波体波入射角和等效视波速的频散效应，用安县塔水、宝兴地震局、布拖地震局、苍溪气象局、甘孜、会理外北等地的平动加速度时程记录估计各台站的转动分量。

有无脉冲近断层地震转动分量对不同高宽比结构动力响应影响

建立3个不同高宽比的钢框架结构模型,选取有、无速度脉冲近断层地震波各5条,利用频域法合成地震动摇摆分量和扭转分量,考虑地震动平动、平动耦合摇摆、平动耦合扭转3种工况输入,对结构地震响应分析。结果表明:(1)相比地震动平动分量单独作用,平动耦合摇摆、平动耦合扭转均会使结构响应增大;有脉冲地震动作用下的增幅高于无脉冲地震动;(2)平动耦合扭转分量对于结构角柱响应的影响最大,边柱次之,中柱较小;(3)随结构高宽比增加,平动分量耦合摇摆分量的中柱响应增幅大于平动分量耦合扭转分量。

考虑地震动摇摆分量的输电塔线体系倒塌破坏研究

为探究地震动摇摆分量对输电塔线体系倒塌破坏的影响,明确了输电塔构件失效准则和输电塔塔体倒塌判定准则后,运用ABAQUS中的非线性动力时程有限元分析,模拟了四塔三线体系在水平地震动和水平-摇摆耦合地震动作用下的倒塌破坏过程,综合分析了构件损伤情况、节间位移角以及塔顶水平位移三项判定指标。结果表明:地震动摇摆分量扩大了塔体的损伤范围、加深了构件的损伤程度,使得大量构件因失效而退出工作,导致输电塔体没有足够的支撑构件而发生倒塌破坏;塔体的薄弱位置主要集中在塔身中下部,摇摆分量的施加使得该区域的局部变形显著增大,塔体由于侧移超过规范限值而被判定为倒塌破坏;摇摆分量不仅增大了塔顶水平位移幅值,还使得塔体产生了具有非对称特点的附加P-Δ效应,塔顶单侧偏移不断累积而引发结构倒塌。

地震动摇摆分量获取方法及验证研究

为获取可用于一般研究的摇摆分量,提出了一种改进的波动理论法由地震平动分量获取摇摆分量,并利用密集台阵数据验证。改进的波动法首先通过波动理论建立计算方程,再利用谱比法确定方程中主要参数,最终通过波动理论方程由地震动平动分量求解摇摆效应。将改进的波动法获取的摇摆分量和由两点差法从密集台阵数据中获取的摇摆分量进行对比。结果显示:时域和频域内,两种方法获取的摇摆分量在幅值和变化程度上吻合良好,从而表明利用改进的波动法获取的摇摆地震动具有足够的准确性,密集台阵记录数据亦可为其他地震动摇摆分量获取方法的验证提供依据。

汶川地震近场区转动分量统计分析

通过选取汶川地区I类、Ⅱ类和Ⅲ类场地共25个台站的地震记录按照平动分量和转动分量的关系计算得到相应的摇摆分量和扭转分量,并进行了统计分析.根据选择的地震记录得出以下的结论:①转动分量和平动分量的相关性很大;②在平动分量峰值相同的条件下,场地越软摇摆分量越大;③扭转分量约为摇摆分量的一半;④转动分量的衰减较慢.

输电塔体系在水平和摇摆地震动作用下的反应分析

理论分析和震害经验表明，地震动的转动分量对某些工程结构的影响是重要的。本文提出了高压输电塔－导线耦联体系在水平和摇摆地震动作用下更一般的分析方法，推导出耦联体系的运动方程，给出了数值算例，结果表明，地震动摇摆分量对输电塔耦联体系的影响是重要的。

近断层地震动平动-摇摆耦合作用下隔震结构的动力响应分析

地震动转动分量对隔震结构动力响应影响的研究较少。提出地震动平动-摇摆耦合作用下隔震结构的动力响应方程,选取一个5层隔震结构进行平动、摇摆和平动-摇摆耦合3种工况下的动力响应分析。结果表明,近断层脉冲型地震动的摇摆分量对隔震层位移与顶层加速度响应的影响较大;地震动平动-摇摆耦合作用相比平动分量单独作用,隔震层最大位移增幅可达37%,顶层加速度最大值的增幅可达157%。含有脉冲的近断层地震动对于隔震层位移、楼层加速度响应最大值的增大效应高于无脉冲的地震动。

输电塔线体系在摇摆地震动作用下的动力稳定性分析

为探究摇摆分量对输电塔线体系动力稳定性能的影响,以一实际输电塔为原型进行了动力时程分析,其中摇摆地震动采用改进的谱比法由地震平动中获取;根据增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法结合B-R准则,分别对塔线体系在水平地震作用、水平-摇摆耦合地震作用和水平-竖向-摇摆耦合地震作用下的动力稳定性能进行分析。研究结果表明:摇摆分量及其引起的附加P-Δ效应会使输电塔线体系产生非对称振动,结构发生偏离平衡位置的单向偏移,从而导致塔线体系较仅考虑水平地震作用,更易动力失稳;重力和竖向地震响应下共同的二阶效应,放大了摇摆分量对结构动力稳定性能的影响,加剧输电塔线体系动力失稳破坏;发生动力失稳破坏时,薄弱区域主要集中于塔身中下部,杆件失效使塔身局部变形过大,导致塔线体系发生整体动力失稳。

地面转动分量的标准反应谱

利用美国圣·费尔南多地震(1971)时76个台站记录的228条地面平动加速度记录,按照转动分量与平动分量之间的关系,合成了相应的地面扭转及摇摆分量加速度时程;同时,将实际场地分为硬场地和软场地两类,研究了两类场地的地面转动分量标准反应谱。

传统多高层楼阁式木塔摇摆侧剪行为分析

中国传统多高层楼阁式木塔的结构设计和抗震性能持续受到关注。提出楼阁式木塔建模方法,利用某七层唐风木塔振动台模型试验结果验证其有效性,在此基础上开展结构摇摆分量和侧剪分量的变化对传统多高层楼阁式木塔抗震性能的影响分析。结果表明:增加结构的侧剪分量能增强结构的刚度、减小结构在不同地震强度下的位移反应,但同时增大了结构的加速度放大系数和层间剪力;提高结构的摇摆分量会增强结构在强震作用下的非线性反应,随着地震强度的增加,结构下部楼层层间位移角和层架剪力均增大,上部楼层加速度放大系数呈先增大后减小趋势。

考虑SSI效应输电塔线体系多维地震响应分析

为了探究考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系多维地震响应,根据谱比法获取地震动摇摆分量,采用ABAQUS有限元软件建立考虑SSI效应的单塔模型与输电塔线体系模型。利用所获取的摇摆分量,设置地震动水平和水平-摇摆耦合作用两种工况,在不同场地土体条件下,对模型进行动力时程分析。结果表明:输电线的存在能有效减小塔顶动力响应,有利于塔体减震,但在水平-摇摆耦合的多维地震下有利作用被减弱,且随着土体变得越软,输电线的有利作用进一步被减弱;考虑SSI效应会增大结构地震响应,并且在水平-摇摆耦合的多维地震作用下,还会显著增强摇摆分量对输电塔线体系地震响应的增大效应,这些影响均随场地土体变得越软而更加明显。故当场地土体为非坚硬土时,应重视SSI效应对输电塔线体系的多维地震响应的影响。

土-输电塔相互作用体系下的多维地震分析

通过数值模拟对土-输电塔在多维地震作用下的响应进行了研究。运用有限元软件ANSYS,建立土-输电塔相互作用体系有限元模型,根据相关理论设置粘弹性人工边界。结合土体性质,推导地震波反演公式,对Northbridge地表地震波进行反演,得到基底地震波。将地表地震波施加于刚性地基假定条件有限元模型,基底地震波施加于土-输电塔相互作用体系有限元模型,进行有限元数值计算并对比两者结果。结果显示,在刚性地基假定条件下,地震动摇摆分量对结构的位移和加速度地震响应影响已经非常明显。考虑土-输电塔相互作用后,相较于刚性地基假定,地震动摇摆分量对结构的影响会显著增大,从而可以得出,考虑土-输电塔相互作用,才能真实反映地震摇摆分量对结构地震响应的影响。

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