近场多脉冲地震动作用下组合隔震结构抗震性能分析

采用速度脉冲分量与宽频分量相结合的方法,拟合了近场多脉冲地震波;构建了组合隔震结构的计算模型和运动方程,对组合隔震结构的动力响应进行仿真分析。结果表明:通过增设黏滞阻尼器可以有效控制结构的地震响应,减小隔震层位移,改善结构的受力。对于提高近场多脉冲地震作用下结构的安全性有显著作用。

近场脉冲型地震作用下附加支撑双柱式摇摆桥墩的抗震性能研究

为了解决摇摆桥墩承载力和耗能能力不足的问题,该文提出一种附加人字形支撑的双柱式摇摆桥墩结构,支撑为纯耗能支撑或自复位耗能支撑,支撑通过连接装置安装在双柱式摇摆桥墩的盖梁和承台之间。为了研究新型附加人字形支撑双柱式摇摆桥墩的抗震性能,对其进行拟静力分析,将双柱式现浇桥墩和双柱式纯摇摆桥墩作为对比模型,研究附加纯耗能支撑和自复位耗能支撑双柱式摇摆桥墩的滞回性能;分别对这四种桥墩结构进行动力时程分析,探究这四种桥墩在近场对称脉冲、近场非对称脉冲和远场无脉冲地震动作用下的动力响应。研究结果表明:附加支撑的双柱式摇摆桥墩中的墩柱仍具有摇摆机制,可有效避免墩身出现塑性铰发生严重的损伤破坏,同时附加的支撑可以显著提高桥墩的承载能力和耗能能力,有效降低桥墩结构的位移响应,特别是自复位耗能支撑还可额外为桥墩提供自恢复力,有效提高结构的抗震性能。

近场脉冲型地震动的频谱与反应谱特征分析

近场脉冲地震动在频谱与反应谱方面的特殊性质,易使中、长周期结构地震响应强烈。为深入分析近场脉冲地震的频谱与反应谱特性,对140条近断层地震的傅立叶谱特征、速度脉冲特性和反应谱特征进行分析,并研究了脉冲周期与反应谱形状的相关性,拟合了近场脉冲地震动的设计反应谱,将其与我国规范设计反应谱对比。结果表明:近场脉冲地震包含较多的长周期频谱,在脉冲周期处易发生共振响应;随脉冲周期增大,地震动PGV/PGA与PGD/PGV变大,反应谱加速度敏感区延长,位移敏感区缩短,速度谱、位移谱峰值加大;脉冲周期与反应谱速度和位移敏感区的界限大致重合;加速度谱双峰现象来源于地震脉冲分量加速度反应谱的峰值;随场地土变软,近场脉冲地震设计谱平台段加长、特征周期变大、下降段谱值增高,且均高于我国规范设计谱。

近场脉冲型地震动横向激励下附加SCEB双柱式桥墩结构易损性分析

为了研究桥墩结构的震后功能可恢复性,针对附加自复位耗能支撑(self-centering energy dissipation braces,SCEB)双柱式桥墩结构进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,采用最大侧移率和残余侧移率作为性能指标,系统探讨其在近场脉冲型地震动作用下的失效概率.为了对比分析,同时选取60条远场无脉冲型地震动记录对附加SCEB桥墩结构进行了易损性分析.结果表明:在小震作用下,SCEB仅为桥墩结构提供刚度和承载力,在大震作用下还可提供耗能能力,同时可以提供良好的自复位能力;附加SCEB可有效降低桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率(最大侧移率和残余侧移率),特别是残余侧移率;附加SCEB桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率大于远场无脉冲型地震动作用下的失效概率.自复位耗能支撑可有效减小桥墩结构的失效概率,提高桥墩结构的抗震性能.

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。

转动地震动作用对结构动力响应影响分析

转动地震动作用对结构响应的影响有待深入研究。建立钢筋混凝土框架结构模型,对地震动平动分量和转动分量单独及耦合作用下的结构动力响应进行分析,结果表明:地震动转动分量与平动分量耦合作用时,会增大结构响应;结构顶层位移、层间扭转角、结构的扭转效应都显著增大;含有速度脉冲比无速度脉冲的转动分量与平动分量耦合作用对结构响应影响大;地震动转动分量的施加方向对结构动力响应有影响;在有速度脉冲的地震波作用下,转动分量单独作用也可使结构进入弹塑性状态。

近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响,首先,采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动;然后,采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别,研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性;最后,以某大跨度高墩桥梁为例,基于OpenSees建立了其非线性有限元模型,对其进行了非线性地震响应分析,对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响.研究结果表明:现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动,对于多脉冲地震动,其失效的可能性非常大;近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性,特别是在多脉冲地震作用下,1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%,墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大;近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3~5倍,碰撞力也会增大2~3倍,主梁更容易发生严重的碰撞破坏,在抗震设计时应采取适当防撞措施.

基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型

对用于模拟脉冲型地震动的Makris模型的适用性进行了评价,通过对脉冲周期的计算方法的比较分析,发现从该模型推导的由实测最大位移和最大速度计算得到的周期过小估计了近场地震动的脉冲周期。考虑地震动正负速度幅值的不同,提出了一种新的基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型,该模型用于具有单循环的脉冲型地震动,可模拟位移完全不复位、完全复位和部分复位的地震动。通过比较实测地震动和近似模型的时程曲线和反应谱,证明新模型具有较好的适用性。

近场方向性效应等效脉冲地震动模型的频域分析

等效脉冲模型在反应近场地震动对结构的影响上较反应谱方法有明显的优越性,然而由于缺乏对等效脉冲模型本身的深入研究,采用不同等效脉冲模型的研究结果之间往往不具有可比性,模型本身的缺陷也可能导致研究结果出现偏差。本文通过解析方法对常用的三种等效脉冲模型进行分析,明确三种模型之间的定量关系,指出了矩形脉冲模型的缺陷。结果表明,等效脉冲模型速度、加速度傅里叶变换各阶分量振幅的比例关系不随脉冲周期改变。当脉冲周期相等时,不同等效脉冲模型速度、加速度同阶分量之间存在固定的比例关系。正弦脉冲模型与三角脉冲模型速度、加速度各阶分量振幅数值较为接近。矩形等效脉冲能量集中于奇数阶分量,该特性与实际地震动不符。当结构固有频率较低且接近等效脉冲偶数阶分量频率或较高阶分量频率时,矩形等效脉冲激起的结构响应与正弦等效脉冲和三角等效脉冲相比可能有较大差异。当短周期结构固有频率接近等效脉冲较高奇数阶分量周期时,矩形等效脉冲激起的结构响应与正弦等效脉冲和三角等效脉冲可能有较大差异。

近场地震动作用下PC框架抗震性能影响因素

根据我国现行规范和规程设计三层两跨、六层两跨预应力混凝土(PC)框架各一榀,并在Open Sees中建立了其纤维单元分析模型。对该PC框架在近场脉冲型地震动和近场无脉冲型地震动作用下的抗震性能进行了分析,考察了脉冲效应、PGA、PGV/PGA、T_p/T对其响应的影响。结果表明:在近场脉冲型地震动作用下,PC框架所受损伤更为严重;结构响应与近场地震动PGA正相关,且PGA值相同时,PC框架在近场脉冲型地震动作用下的延性需求和基底剪力更大;PC框架所受损伤随PGV/PGA的增大经历了先增大(PGV/PGA≤0.1)、再减小(0.1<PGV/PGA≤0.25)、最后再增大(PGV/PGA>0.25)三个阶段;PC框架所受损伤随着T_p/T的增大经历了先增大(T_p/T≤2)、再减小(2<T_p/T≤4.5)、最后趋于平稳(T_p/T>4.5)三个阶段,且T_p/T=2时所受损伤最为严重。

钢筋混凝土结构在近场脉冲型地震作用下的试验分析

选择了集集地震中三条含有大脉冲的脉冲型近场地震记录,并截取其加速度峰值所在的脉冲及相邻两个脉冲部分形成新的记录,将其作为地震输入,对两个完全相同的钢筋混凝土模型进行振动台台模拟试验,对试验结果进行了分析,比较两个模型的宏观破坏、模态、顶层位移,得出近场脉冲型地震动会引起钢筋混凝土结构严重的破坏,截取的主震脉冲时程对结构的影响效应在一定程度上完全可以等同于整幅地震动时程。

近断层脉冲型地震动作用下高层建筑组合隔震的减震性能研究

近断层地震动中的长周期、短持时、高能量的加速度脉冲将对长周期高层隔震结构的减震性能产生不利影响,尤其易使LRB(lead-rubber bearing)支座产生超限变形,导致在大的面压与位移共同作用下发生剪压破坏;此外,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。提出滑板支座、复位装置相结合的新型组合隔震系统,利用滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用。考察近断层脉冲型地震动作用下长周期高层隔震结构的地震响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR(sway-rocking)模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:近断层罕遇地震下LRB隔震系统因变形超限而失效;新型组合隔震系统能保证近断层脉冲型地震下隔震的有效性,且具有较为良好的减震性能,但相比普通地震动减震效果变差;对于Ⅲ,Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震体系的刚度弱化,致使层间位移角增大,且随着土质的变软增大的幅度也越明显。

近场脉冲地震下间隙式SMA-NSD摩擦支座简支桥梁隔震研究

隔震技术在提高多跨桥梁抗震性能方面已有广泛应用,然而传统隔震支座在近场脉冲地震动作用下容易产生残余位移较大、底部剪力水平较高、以及限位能力不足等问题。目前尝试解决上述问题主要有2个途径:一方面利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)的隔震支座能有效控制峰值位移和残余位移,但同时会增加结构的内力响应;另一方面,利用负刚度(negative stiffness device,NSD)的隔震支座可以有效减小结构的内力响应,但可能会引起较大的残余位移。基于太平洋地震研究中心数据库提供的28条近场脉冲波,充分评估了间隙式SMA隔震支座和NSD隔震支座应用于多跨简支桥梁在四水准(小震、中震、大震和巨震)作用下的隔震性能。在此基础上,结合SMA与NSD各自的优点,提出一种间隙式SMA-NSD摩擦隔震支座并分析了其隔震性能。研究结果表明,该支座可显著降低NSD支座引起的残余变形并同时有效控制SMA支座引起的底部剪力。

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR(sway-rocking)模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。

近场地震作用下柔性直流换流阀抗震性能分析

柔性直流换流阀具有重心高和柔度大的特点,其地震作用下的抗震性能关系到整个输电工程的安全。以某柔性直流换流站工程的柔性直换流阀作为研究对象,研究近场地震动作用下柔性直流换流阀的抗震性能。首先建立了换流阀有限元模型,模态分析后得到换流阀的自振特性。然后选取8条近场脉冲型地震动和远场地震动记录,并进行地震动作用下换流阀结构整体响应计算,对比分析近场脉冲型地震动和远场地震动作用下换流阀的加速度响应和应力响应。结果显示:与远场地震动相比,近场脉冲型地震动作用下换流阀上部结构的加速度放大效应更加显著,支柱绝缘子根部和框架的等效应力也明显增大,对换流阀结构抗震安全不利。

考虑近场脉冲型地震作用的桥梁抗震及强度指标选取分析

明确近场脉冲型地震动的特征可为近场地区桥梁结构的抗震设计提供指导。为此,文章通过分析近场脉冲型地震动的3个强度指标与桥梁最大响应之间的相关性,探讨桥梁结构抗震分析时强度指标的选取问题。分析结果表明场地类别和震源机制不同,桥梁结构的最大响应呈现出明显的不同,且地震动强度指标与桥梁最大响应的相关程度不同。因此,建议在今后进行近场脉冲型地震作用下桥梁结构抗震设计时,应根据桥梁结构自振周期、场地类别及地震的震源机制进行地震动强度指标的选取。

近场脉冲型地震动下PHC管桩动力响应试验

为了研究预应力高强混凝土(PHC)管桩在近场脉冲型地震动下的动力响应,开展了桩基振动台试验。在近场脉冲型地震动和近场普通地震动作用下,对比和讨论了PHC管桩的动力特性、支撑的上部结构响应、加速度响应、动应变响应、损伤特征、动弯矩响应、最大曲率延性需求和动土压力响应。试验结果表明:在近场脉冲型地震动下,PHC桩的自振频率下降幅度高于近场普通地震动,最高可达20%。随着地震动强度增加,桩身刚度降低,进而导致上部结构的振动周期增加。在小震时,近场脉冲型和普通地震动下,上部结构的耗能能力相近;在中震和大震时,近场脉冲型地震动下,上部结构的耗能能力则明显高于近场普通地震动。相较于近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的加速度放大系数在中震时增长了43%,在大震时增长了117%。此外,在近场脉冲型地震动下桩的加速度、速度和位移时程曲线的峰值均高于近场普通地震动。因此,在抗震设计中应充分考虑近场脉冲型地震动对管桩的不利影响。在上部惯性力和土抗力的共同作用下,桩身弯矩呈现出中上部较大、两端较小的分布特征。相比近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的最大曲率延性需求较高。在中震和大震情况下,土体的滞后阻尼逐渐减小,这使得桩最大曲率延性需求的增幅高于峰值加速度的增幅。此外,桩-土间的相对位移是导致桩身动土压力变化的主要原因。研究结果可为近场脉冲型地震动下PHC管桩的抗震设计提供参考依据。

长周期地震动作用下高层隔震结构减震性能试验研究

近、远场长周期地震动中的长周期和近场脉冲特性的存在,可能导致长周期的高层隔震结构产生隔震层位移放大效应。通过振动台试验分析与验证其对长周期的高层隔震结构减震性能带来的不利影响,首先分析近、远场长周期地震动的反应谱特性;接着设计制作一个具有典型工程意义的大底盘单塔楼缩尺模型,进行有限元分析与振动台试验,探讨长周期地震动对楼层加速度、层间位移和隔震层位移等减震性能的影响;最后针对可能出现的隔震层位移超限问题,提出在隔震层增设黏滞阻尼器组成的复合减隔震体系,分析验证其减震和限位保护效果。结果表明:远场长周期地震动下隔震结构的响应明显大于普通周期地震动;近场脉冲长周期地震动作用下结构减震效果较差,隔震层位移明显大于位移容许值;复合减隔震体系有效地控制了隔震层的最大位移,降低了大底盘的加速度和层间位移响应,同时对上部塔楼也具有较好的减震效果。

近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。

近场地震作用下型钢-混凝土组合结构桥易损性分析

考虑近场速度脉冲型地震动特征,对型钢-混凝土组合结构桥梁的地震易损性进行分析。以一座工字型钢-混凝土组合梁桥为例,从PEER数据库挑选60条近场地震动记录作为输入,对桥梁结构整体性能和局部性能两个层次的易损性进行分析,给出了桥梁结构的整体和局部地震易损性曲线。通过与远场地震作用下的桥梁结构地震易损性分析结果的对比研究,发现:近场速度脉冲型地震引起的桥梁结构整体和局部地震需求均显著大于远场地震;在近场地震作用下,桥墩是型钢-混凝土组合桥梁的最易损构件,混凝土横梁与栓钉的易损性水平低于桥墩。