近断层地震破裂方向性效应对装配式混凝土桥墩抗震性能影响试验研究

为研究近断层地震破裂方向性效应对装配式混凝土桥墩抗震性能的影响规律,探究装配式混凝土桥墩在近断层地区的应用前景。设计制作了2个缩尺比为1:6且具有不同墩高的灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩试件。选取位于破裂前区(forward region,FR)、破裂区(middle region,MR)和破裂后区(backward region,BR)等三类破裂带不同区域的近断层地震动,并对其进行频谱分析。在此基础上,分别沿水平单向和水平双向输入以开展2个试件的振动台试验。结果表明:FR地震动具有明显的长周期效应,BR地震动在高频段幅值较为显著;MR地震动作用下桥墩地震响应最为剧烈,BR地震动作用下其值最小;装配式桥墩构件的墩底塑性铰发展区域存在上移现象,与墩底装配式连接构造相比,墩身分多节段对装配式桥墩抗震性能影响不大;纵筋应变是套筒应变的1.70倍,纵筋有先于套筒屈服的可能,灌浆套筒内灌浆料与钢筋之间的黏接可靠性是影响灌浆套筒连接性能的关键因素;沿激励方向横截面外缘布置的预应力束,对试件沿该向的动力响应有削弱作用,合理布置预应力钢绞线可以降低桥墩试件的地震响应,增强装配式桥墩的恢复能力。

近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对典型地铁车站结构动力响应的影响

以台湾集集地震的近断层地震动记录TCU051-EW、TCU052-EW、TCU054-EW、TCU068-EW、TCU068-NS、TCU082-EW作为输入,使用有限差分程序FLAC对北京市拱形断面结构形式的单层三跨典型地铁车站进行了水平向弹塑性动力时程分析,研究了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同形式地震动对典型地铁车站结构动力响应的影响。计算结果表明:虽然破裂向前方向性效应与滑冲效应的输入地震动峰值加速度设置相同,但由滑冲效应地震动引起的结构相对水平位移差、峰值加速度及地震应力明显大于由破裂向前方向性效应地震动引起的结构相对水平位移差、加速度及地震应力,滑冲效应地震动较向前方向性效应地震动对地下结构的破坏更具危害性;输入破裂向前方向性效应近断层地震动时,拱形中跨顶板中部、边跨拱形顶板中部及中柱上端的水平方向加速度峰值均大于结构底板及中柱下端、底板中心等部位水平方向加速度峰值,即破裂向前方向效应地震动对结构上端的加速度反应特性具有放大作用,而输入滑冲效应近断层地震动时,结构上端水平方向加速度峰值却均小于结构下端水平方向加速度峰值,即滑冲效应地震动对结构上端的加速度反应特性具有减小作用,意味破裂向前方向性效应地震动造成结构上端动力响应较大,而滑冲效应地震动会使得结构底部动力响应较大。

近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响

选择台湾集集地震和美国北岭地震的近断层地震动记录作为输入,考察了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同速度脉冲运动对单自由度体系和长周期橡胶支座隔震建筑结构抗震性能的影响.反应谱分析表明,破裂向前方向性与滑冲效应对工程结构地震响应的影响是随结构周期变化的.在中短周期段,含破裂向前方向性效应地震动的谱加速度值大于含滑冲效应地震动的谱加速度值;而在长周期段,含滑冲效应地震动的谱加速度大于含破裂向前方向性效应的谱加速度值.并且,与无脉冲地震动作用相比,含破裂向前方向性与滑冲效应脉冲的近断层地震动作用下隔震建筑的地震响应显著增大.滑冲效应引起的速度脉冲使隔震建筑底部的层间变形和楼层剪力明显增大,这意味着滑冲效应脉冲比向前方向性效应脉冲对长周期建筑结构的破坏更具危害性.

震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响。结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小。

跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。

近断层地震动作用下双层隔震体系的地震响应分析

提出了采用基础隔震和层间隔震并用的双层隔震体系,输入近断层地震记录,考察了破裂向前方向性和滑冲效应脉冲对隔震结构的影响。研究表明,采用双层隔震体系可比单独采用基础隔震体系取得更好的减震效果,滑冲效应脉冲比破裂向前方向性脉冲对双层隔震结构更具有破坏性。中间隔震层的位移幅值通常要比基础隔震层的位移幅值大,应注意控制中间隔震层的最大位移不超过容许位移。在破裂向前方向性和滑冲效应脉冲地震作用下,中间隔震层宜分别设置在结构的中下部和结构的中部左右方可取得较好的减震效果。

近断层地震动运动特征对组合隔震体系减震性能的影响

输入近断层地震记录,考察了破裂向前方向性和滑冲效应脉冲对组合隔震体系减震性能的影响.研究表明,滑冲效应脉冲比破裂向前方向性脉冲对组合隔震结构更具有破坏性,在破裂向前方向性脉冲地震作用下,LRB隔震体系的隔震效果比组合隔震体系的效果稍好.在滑冲效应脉冲地震作用下,采用组合隔震体系可有效减小隔震层的位移幅值,但隔震结构的顶层加速度峰值和基底剪力略有增大.

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。

1556年华县大地震地震动场模拟

1556年华县地震是中国历史地震中人口伤亡最多、灾害最为严重的大地震。本文利用渭河盆地三维速度结构模型和1556年华县地震活动断裂研究成果,采用谱元法模拟了华县地震中渭河盆地0.02-0.5Hz地震波的传播过程。基于峰值速度和盆地典型剖面速度时程分析,讨论了盆地对地震动的放大作用。研究表明,渭河盆地的深厚土层对于4s以上的地震动有着明显的放大作用,强烈地震动主要位于断层北侧的第四系覆盖层厚度超过900m的区域。当破裂方向指向渭河盆地中第四系覆盖层大于1000 m的深凹陷时,在破裂方向性效应和盆地的边缘效应的共同作用下,导致大量的能量被其捕捉,从而引起及其强烈的地震动和长持时高幅值面波,这是渭河盆地地震危险性分析中需要特别注意的问题。

近断层地震动关键特性对大跨径网状拱桥地震响应的影响研究

近场地震断层破裂的方向性效应和滑冲效应会造成在地震动记录和地震动分布场中出现一些典型的特征,为研究这些特殊效应对大跨径网状拱桥地震响应的影响,通过选取具有两种效应的实测近场地震动记录和不具有该效应的远场地震波作为输入地震动,通过将调幅,对一座大跨径网状拱桥进行非线性动力时程分析,对比研究发现具有破裂方向性效应和滑冲效应的地震波会显著增大网状拱桥的地震响应,其中破裂方向性效应对大跨径网状拱桥的内力响应影响最大,滑冲效应则对结构位移影响更显著,但均明显大于具有相同地震动强度的远场地震波。

近断层脉冲型地震动作用下建筑结构的层间变形分布特征和机理分析

利用广义层间位移谱方法,将高层建筑等效化为一个弯剪型悬臂梁,从地面输入理想的简单脉冲,以及含破裂向前方向性效应脉冲、滑冲效应脉冲和无脉冲三组近断层地震动记录,然后对弯剪组合梁进行层间变形分析。获得了近断层地震动作用下建筑结构层间变形沿高度的分布规律。滑冲效应脉冲主要激起抗弯框架体系的基本振型响应,导致结构的最大层间变形发生在较低楼层;破裂向前方向性效应脉冲能够激起框架结构高阶振型的响应。而且,从脉冲型地震动的不同特征和层间位移谱分析出发,分析了建筑结构产生上述层间变形分布特征的机理。研究表明三组不同类型地震动的平均层间位移谱在整个结构基本周期段差别很大。