工程结构等延性地震抗力谱研究

研究结构的非弹性反应谱对改进现有的结构抗震设计、发展基于性态的抗震设计以及了解复杂地面运动特性与结构动力特性之间的关系具有重要的意义。利用大量的单自由度在强震记录作用下的弹塑性动力时程分析,对等延性地震抗力谱这一重要的非弹性反应谱进行了较为详尽的研究,给出了四类场地条件(基岩、硬土、一般土和软土)下的平均等延性地震抗力谱,总结了对工程结构的抗震设计和研究具有实际意义的规律和特征,并分析了场地条件、结构的延性系数以及周期等对等延性地震抗力谱的影响,提出了新的拟合公式,其成果可供抗震研究和设计直接应用。

考虑P-Δ效应的等延性位移比谱

应用等延性位移比谱可以简便有效地估计结构的非弹性位移.在地震动作用下,由于P-Δ效应能够增加结构的非弹性变形和永久变形,因此,研究P-Δ效应对等延性位移比谱的影响具有重要意义.利用四类场地上的344条地震动,分别计算出了考虑及未考虑P-Δ效应的等延性位移比谱,并进行了对比分析,然后根据统计分析的结果,得到了等延性位移比谱考虑P-Δ效应的修正公式.结果表明:P-Δ效应对等延性位移比谱的影响十分可观,并且其影响程度随结构延性的增加而增大,随结构周期的增加而减小;而且当考虑P-Δ效应之后,等位移原理不再适用.

阻尼对工程结构等延性地震抗力谱的影响分析

在基于位移的抗震设计理论中,等延性地震抗力谱对拟建结构的初步设计具有十分重要的作用.利用大量的单自由度体系在不同强震记录作用下的弹塑性动力时程分析结果,从定性到定量详尽研究了阻尼对等延性地震抗力谱的影响规律,得出结论:阻尼对等延性地震抗力谱的影响,不但随场地的不同而不同,而且受延性系数及单质点体系周期的影响较大;要精确考阻尼对等延性地震抗力谱的影响,必须根据其所在的场地条件、结构延性系数及周期确定.最后,根据回归分析结果,给出了阻尼影响等延性地震抗力谱的修正公式,其成果可供抗震研究和设计参考应用.

恢复力模型对等延性地震抗力谱的影响分析

在基于位移的抗震设计理论中,等延性地震抗力谱对拟建结构的初步设计具有十分重要的作用.利用单自由度体系在大量强震记录作用下的弹塑性动力时程分析结果,分析讨论了结构的延性系数、周期及恢复力模型等因素对等延性地震抗力谱的影响规律,其中重点以双线型恢复力模型为例,从定性到定量深入研究了恢复力模型对等延性地震抗力谱的影响,总结了相应的规律和特征,给出了恢复力模型影响等延性地震抗力谱的实用修正公式,结果可供抗震研究和设计参考应用.

延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响分析

在目前结构抗震设计中,将调幅后的地震动记录作为地震动输入匹配规范谱的方法非常常见;为了分析延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响,通过计算单自由度体系动力时程弹塑性反应,分析了延性系数、调幅因子等因素对等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的影响。经研究分析得出在不同延性系数、调幅因子条件下等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的变化规律:当周期确定时,对地震动记录进行调幅时等延性地震抗力谱谱值变化趋势与调幅因子增减相同,而等延性屈服强度谱不变;延性系数逐渐增大时,等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的谱值会逐渐减小。研究成果解释和阐明了延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响以及复杂的地震作用与结构动力特性之间的关系,可以为结构抗震研究和设计提供依据。

远场地震动作用下泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱

为获得自复位结构泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱,将269条隶属于3类不同场地的远场地震动分别输入自编的位移谱计算程序中,分析计算结果以获得与标准化周期、延性系数、场地类别、耗能系数相关的单自由度泛旗帜型模型的等延性弹塑性位移谱.研究结果表明,通过周期标准化,位移谱曲线更加平滑,离散性显著减小.当标准化周期在[0.10,0.75]内时,位移谱谱值与延性系数呈正相关关系,当标准化周期在[0.75,3.0]内时,两者呈负相关关系.延性系数大于4时,其对位移谱的影响可忽略.标准化位移谱中,Ⅱ、Ⅲ类场地地震动的位移谱值差异较小,而Ⅰ、Ⅱ类场地地震动的位移谱值在周期较小时差异较大.位移谱谱值随耗能系数的增大而减小,综合考虑耗能能力与效率,耗能系数建议取值为0.5.

海底地震动特性及相关谱研究

利用日本K-NET与美国SEMS台网中海底强震记录研究了海底地震动特性。通过分析水平反应谱、竖向与水平加速度反应谱的比谱和弹塑性反应谱,比较了海底与陆地地震动的区别。发现海底竖向地震动的峰值加速度明显更低。在大于0.2s的周期段,海底水平地震动反应谱大于陆地谱值,而且海底谱具有更长的特征周期,并随震中距增长而增大。此外,海底地震动的竖向与水平加速度反应比谱与陆地地震动的差异很大,在小于1s的中短周期段海底地震动的比谱明显更小。根据不同的震级与震中距的真实地震动记录,提出了中等地震下不同震中距海底地震动比谱的简化设计方程。最后,比较了海底与陆地地震动的弹塑性反应谱,可知总体上海底与陆地的等延性强度折减系数谱差异不大。

基于分解方法的脉冲型地震动非弹性反应谱分析

本文旨在分析脉冲型地震动中不同频率的地震动分量对于原始地震动幅值及其非弹性反应谱的影响.首先以近期12次大地震的53条典型脉冲型地震动为数据基础,基于多尺度分解方法获取脉冲型地震动中的高频分量和低频分量.为与传统方法对比,本文获取了能够表征地震动脉冲特性的卓越分量及滤除卓越分量的剩余分量.然后对比分析原始地震动和4种地震动分量的幅值特征和非弹性反应谱的特性,以讨论地震动分量对原始地震动幅值参数及其非弹性反应谱的影响.最后结合简谐地震动模型和地震动分量的性质,讨论脉冲型地震动非弹性反应谱诸多特征的产生原因.分析发现,低频分量不仅是控制脉冲型地震动速度和位移幅值的主要因素,其对原始地震动的加速度幅值也具有不可忽略的影响.低频分量也是导致脉冲型地震动非弹性位移比谱偏大以及强度折减系数谱偏小的直接原因,从而造成结构在脉冲型地震动作用下需要具有更大的非弹性位移以及更高的强度需求.

高通滤波对脉冲型地震动非弹性反应谱的影响

近场脉冲型地震动中包含高能量的低频脉冲,滤波处理中的高通滤波会改变低频与其他频率成分间的相对大小,进而对地震动反应谱产生不可忽视的影响。选取了一组近场脉冲型地震动,根据脉冲频率fp定义6种相对截止频率,研究了非因果性高通滤波对等延性非弹性位移反应谱、等延性位移比谱、等延性强度折减系数谱和能量谱等四类反应谱的影响规律。分析结果表明:非弹性反应谱对滤波参数较为敏感;相对截止频率和延性系数越大,滤波后反应谱的变化越显著。截止频率较大时,在局部微小周期段内,滤波可能导致非弹性反应谱急剧变化;当截止频率小于0.2fp时,反应谱特征无显著变化。因此,脉冲型地震动的高通滤波处理应考虑脉冲频率的影响,合理选取截止频率。

近断层速度脉冲地震作用下位移反应谱的研究

以424条速度脉冲记录作为统计样本,得到了弹性位移谱和等延性位移谱,并建立了与阻尼比、场地类别相对应的弹性位移谱的计算公式,分别计算了考虑及未考虑P—Δ效应影响的等延性位移谱,并进行对比分析,然后得到了等延性位移谱考虑P—Δ效应的修正公式,研究结果对近断层速度脉冲地震作用下结构的抗震设计具有很好的应用价值。

钢筋混凝土结构直接基于损伤性能目标的抗震设计方法

以往基于损伤性能的抗震设计主要是验算评估方法,而这种方法很难有效把握设计结构在地震作用下的损伤程度,于是提出了直接基于损伤性能目标的抗震设计方法。基于累积耗能参数推导了地震下层间最大位移与层间累积耗能的关系方程,并以Park-Ang双参数损伤准则为基础建立了结构层间损伤计算公式,将结构最薄弱楼层的预期损伤性能目标作为设计起点进行抗震设计,反推结构的刚度和强度。为满足小震下的使用要求,将小震不坏的承载力控制引入设计程序,并与中震、大震下的损伤控制有机结合起来,从而实现了多性能水准的设计思想。最后通过算例详细说明了该方法的使用程序,并证明了该方法具有一定的准确性。

影响结构地震反应破坏耗能比的因素分析

文章采用结构地震能量反应分析方法，通过对结构等延性破坏耗能比例谱的分析，讨论了影响结构破坏耗能在总耗能中所占比例的主要因素。

近断层脉冲地震动作用下泛旗帜型滞回模型的等延性位移谱

自复位结构因兼具耗能与残余变形小的特性而受到广泛关注。为了获得此类结构在近断层脉冲地震动作用下的弹塑性位移反应谱,自编了泛旗帜型滞回模型单自由度体系的弹塑性时程分析程序。输入102条脉冲地震波,且每条波作用下的结构分析均考虑40种计算工况,建立了可考虑标准化周期、刚度比、位移延性系数、耗能系数影响的周期标准化弹塑性等延性位移谱。研究结果表明:周期标准化可显著减小位移谱的离散性,刚度比在[0,0.20]区间变化对位移谱的影响很小;位移谱随标准化周期呈现先增大后减小的趋势且最终趋于常值,位移谱峰值对应的标准化周期约为1;位移谱在短周期区间[0,0.7]与位移延性系数呈正相关,其后呈负相关;增加耗能系数可以减小位移,且其在[0,1]区间的位移控制效果较好。