近远场地震作用下超高层结构多元联合易损性分析

目的研究考虑不确定性和相关性的近远场地震作用下超高层结构抗震能力,提出超高层结构多元联合易损性分析方法。方法建立并验证了某超高层结构鱼骨模型,选取相关性最强的两个最优强度参数进行多元概率地震需求分析,建立强度参数与工程需求参数间的对数线性关系,基于最小信息化准则和贝叶斯信息准则判别最优Copula函数。结果采用最优Copula函数与蒙特卡洛模拟方法,生成了结构多元联合地震易损性曲面,量化了考虑不确定性和相关性的近远场地震作用下超高层结构抗震能力。结论近场地震动对超高层结构破坏能力较大,未来超高层抗震设计和评估不能忽视近场地震动影响。

近远场地震下高陡边坡的动力响应及永久位移分析

基于软硬互层边坡的有限元模型,研究了边坡在近远场地震作用下的动力响应规律,得出远场地震对边坡动力响应(动力放大系数、最大剪应力和最大主应力)的影响总体比近场地震显著;通过将时程分析法与规范中的拟静力法计算的安全系数进行对比,明确了拟静力法在地震动力稳定性评价中的不足;基于有限元时程分析法计算出的边坡临界加速度代入Newmark滑块位移法公式中,得到了考虑地震近远场特性影响的边坡永久位移,并与弹塑性有限元数值模拟结果进行了对比,得出Newmark法计算结果偏小,且远场地震作用下的永久位移比近场地震作用下分别增大35%(Newmark法)和21%(弹塑性有限元法);最后基于Jibson and Michae提出的边坡稳定性评价的永久位移量进行了边坡的稳定性评价,得出以永久位移1 cm作为岩质边坡从一个轻度破坏到中度破坏程度的评价临界值较为合理。

近远场地震中土工格栅加筋土挡墙抗震特性的振动台试验研究

地震中土工格栅加筋土挡墙的动态行为与抗震机理的认识还尚不清楚。采用叠层剪切型模型土箱开展大型振动台试验,基于量纲理论π定理的Froude常数设计试验模型,考虑近远场地震动影响,采用汶川地震中松潘远场波、什邡近场波和Taft中远场地震波,测试墙体加速度、加筋回填土加速度、墙体侧向变形、加筋区与非加筋区回填土表面震陷、加筋区填土超静孔隙水压力以及土工格栅应变特性,得出远场和中远场地震波对加筋结构产生了强烈的宏观反应特征,而近场波对加筋区填土超静孔隙水压力的微观反应影响显著,加速度和沉降反应特征表明土工格栅为柔性挡土墙提供了较强的抗震能力,格栅应变分布特征揭示了柔性挡土墙上受力分布规律。研究结果将为土工格栅加筋土挡墙抗震安全设计和工程施工提供依据。

近远场地震下大跨度连续刚构桥地震易损性分析

基于概率地震需求分析方法,建立了西南山区典型高墩大跨度桥梁的理论地震易损性模型。考虑近远场地震动的随机性,运用OpenSees对桥梁开展时程分析,获得桥梁结构在近远场地震下的最大地震响应,基于对数正太分布假设,采用传统云图法对近远场地震下桥梁进行易损性分析。结果表明:典型大跨度高墩连续刚构桥各关键部位在近场地震下发生损伤的概率远高于远场地震的结果,近场地震动的频谱特性增大了桥梁结构的响应;在高烈度地震区易损性分析时必须考虑近场地震的影响;建立地震易损性曲线可以分析桥梁抗震性能,可为高烈度地震区类似桥梁抗震设计提供依据。

分离式轨道型独塔悬索桥近远场地震响应分析

基于有限元软件建立某独塔悬索桥三维空间有限元模型,并分析其自振特性;其次从PEER中选取近场、远场、脉冲和非脉冲地震各一条,用于地震响应分析的激励源;最后从位移和内力角度分析了自锚式独塔悬索桥动力响应。

近、远场地震作用下深水高墩桥梁水动力效应研究

为研究近、远场地震作用下水动力效应对深水高墩桥梁抗震性能的影响,明确深水高墩桥梁抗震性能分析中考虑动水压力的必要性,以典型的深水高墩大跨连续刚构桥为例,基于OpenSees建立其非线性动力分析模型。通过附加质量法模拟墩-水动力相互作用,并在PEER数据库选择代表性的近场和远场地震动记录,对该桥梁进行不同水深下的非线性地震响应分析,对比研究近、远场地震作用下动水压力效应对深水高墩桥梁抗震性能的影响。研究表明:不论近场还是远场地震作用,墩-水相互作用都会显著增大桥梁结构的地震响应,近场地震作用下,对桥墩的墩顶位移和墩底曲率的改变率分别可达到64.77%和156%;与远场地震作用相比,近场地震作用下墩-水相互作用对深水高墩桥梁抗震性能的影响更为显著,在近场地区的深水高墩桥梁抗震性能分析中,应充分考虑近断层地震动和墩-水相互作用的耦合效应;近场地震作用下,墩-水相互作用主要激起桥墩的一阶振型产生基频共振,增大墩底的损伤,而远场地震作用下墩-水相互作用会激起桥墩的高阶振型,不仅增大墩底的损伤而且会加剧墩身中上部的损伤;深水高墩桥梁抗震性能分析不仅需要考虑动水压力效应,还应考虑近场和远场地震动带来的影响。

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.

双向近远场地震作用下大跨度钢桁拱桥易损性分析

为探索复杂激励条件下大跨度桥梁的易损性,以某大跨度铁路上承式钢桁拱桥为研究对象建立桥梁弹塑性模型,基于概率性地震需求分析方法,选取适用性强的材料应变作为损伤指标,分析桥梁多类型构件在纵、横、双向近远场地震作用下的易损性。研究结果表明,大跨度钢桁拱桥在不同方向地震输入时,不同类型构件损伤概率存在差异;混凝土材料随地震能量增大,发生中等及严重损伤的概率大幅增加,甚至超过钢材;近远场地震造成的损伤概率差异随峰值加速度增加而增大,轻微损伤差异大于中等与严重损伤,三种类型构件中交界墩轻微损伤差异最大,为42%;1/4拱肋与跨中主梁轻微损伤概率较高,拱脚发生损伤概率较低,交界墩可能发生中等与严重损伤。

近场地震作用下斜拉桥黏滞阻尼器参数分析

大跨度斜拉桥通常采用漂浮或半漂浮体系,易导致其在地震作用下梁端位移过大,可采用液压黏滞阻尼器等限位装置约束这种位移,目前阻尼器的设计多为针对远场地震作用而较少研究近场地震作用。但在实际工程中,经常会碰到近断层地质条件,这种近断层地质会引起近场地震。与远场地震相比,近场地震具有短持时、高能量脉冲运动的特征,对结构产生较强的破坏力,因此针对远场地震设计的阻尼器的工作性能,以及阻尼器参数调整等问题都值得研究。以榕江特大桥为工程背景,研究半漂浮体系斜拉桥在近远场地震作用下的地震响应;通过结构非线性时程分析,研究不同阻尼系数和速度指数对近场地震响应的控制效应;根据榕江桥伸缩缝型号以及阻尼器自身的地震响应特点,确定阻尼器设计参数。

近、远场强震下深水桥梁群桩基础的非线性响应及损伤特性

以某大型深水桥梁的群桩基础为对象,建立考虑动水效应和桩-土相互作用的非线性计算模型,以近、远场强震记录为输入,分析了不同水深下群桩基础的动力响应及损伤特性。可发现,近场地震下群桩基础的动力响应均大于远场,弯矩、剪力、位移的最大增幅分别出现在冲刷线以下不同深度处,轴力的最大增幅则出现在桩顶处,弯矩、剪力、位移和轴力的最大增幅分别为150.6%、227.2%、333.4%和64.2%。近场地震下,墩底、桩顶是主要易损部位,当PGA=0.38g和0.6g时,桩顶损伤指数分别为0.19和0.40,损伤水平及范围随地震动强度增加而增大,随水深增加而略有增大;远场地震下,群桩基础主要处于弹性状态。由于桩周土的约束作用,一定深度的土层交界处也可能出现桩基损伤,且损伤程度会随地震动强度的增加而增大,并向两端扩散。对比表明,近场地震下深水群桩基础的动力响应及损伤均明显大于远场,表明脉冲型近断层地震动具有更高的变形和耗能需求,应在深水桥梁的抗震设计尤其是基础延性设计中予以重视。

地震作用下大型起重机与高桩码头耦合作用动力特性研究

为了研究上部起重机对下部码头结构抗震性能的影响,基于所建立的起重机-码头整体结构的三维有限元模型,研究了不同峰值加速度以及近远场等不同地震动作用下结构的动力响应特征,分析了不同地震动作用下起重机的动力响应对下部码头结构动力特性的影响。研究表明:起重机对高桩码头结构的自振特性影响较大,使整体结构周期变长;考虑起重机时,码头桩顶弯矩极值大幅下降、剪力极值大幅下降的同时,其出现的位置也产生了明显的下移,进而将改变码头结构整体的破坏机制;近场地震动对结构的动力响应影响最大,对其弹塑性极限状态起控制作用。

地震作用下深水高桩码头动水压力特性研究

随着一些国家高桩码头建设走向强震区和深水区,地震作用下动水压力对深水高桩码头动力性能的影响成为亟待研究的课题。然而,世界各国针对考虑动水压力的深水高桩码头的地震动力响应研究很少,缺乏适用于强震区深水高桩码头的动水压力计算方法。基于附加质量理论,采用p-y曲线法模拟桩土相互作用,通过简化的Morison动水力计算式,研究深水高桩码头结构地震作用下,考虑动水压力和不考虑动水压力时深水高桩码头各项动力性能指标差异。研究结果表明:动水压力对结构的自振特性和结构动力特性影响较明显;强震区深水高桩码头抗震设计需要考虑动水压力对结构的影响。

考虑非比例阻尼的基础隔震结构非线性反应谱研究

对于基础隔震结构而言,其上部结构和隔震层的阻尼特性截然不同,往往呈现出明显的非比例阻尼特性。因此,有必要建立一种考虑非比例阻尼的隔震结构实用计算方法以便于推广和应用。通过用双自由度振动体系模拟基础隔震结构,在建立运动方程时考虑其非比例阻尼效应。通过对该简化模型进行动力时程分析,得到其在近场及远场地震记录作用下考虑非比例阻尼与瑞利阻尼的反应谱,并通过曲线拟合得到了非比例阻尼反应谱和瑞利阻尼反应谱的谱比值与结构自振周期之间的关系式。然后对某实际隔震工程进行地震响应分析,验证所提公式的合理性。