近远场地震下RC大跨轻柔拱桥减隔震支座方案优化

为探明不同地震动输入对某大跨轻柔拱桥减隔震的影响,通过非线性有限元模型分析近远场地震下桥梁结构的响应规律,得到大桥支座的优化布置方案.首先,基于模态分析,对比该桥与传统钢筋混凝土(RC)拱桥动力特性差异;其次,选取不同脉冲周期的近场地震动、近场无脉冲及远场长周期地震动记录;最后,研究近远场地震下拱桥的响应行为和损伤演化路径,得到优化桥梁的减隔震支座设计方案.研究结果表明:近场脉冲及远场长周期地震下的桥梁结构响应大于无脉冲地震响应;纵竖向地震下高墩柱剪力及弯矩包络曲线呈“S”形,墩身中部易形成塑性铰,高阶振型影响显著;桥梁纵桥向先于横向震损,损伤路径依次为矮柱、高墩柱及拱肋实心-空心截面段;摩擦摆支座减震效果最佳但位移较大,高阻尼支座方案在近场中长脉冲周期及远场长周期地震下仍会发生损伤,板式橡胶支座方案因无法保证支座同步滑移而不能形成准隔震体系;“高阻尼+摩擦摆”混合方案的支座位移小,拱肋及墩柱均处于弹性,是近断层大跨轻柔RC拱桥的优选减隔震方案.

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。

远场地震作用下累积延性比谱的建立

现行的建筑抗震设计规范采用基于强度的弹性设计方法,用非直接方式考虑结构强震下的弹塑性能。而基于能量的性态设计方法既兼顾力和位移两个因素,又能有效地考虑强震持时对结构造成的累积损伤。为研究结构的累积滞回耗能需求与结构单调推覆耗能之间的关系,引入累积延性比谱。通过分析地震波幅值、结构周期、阻尼比等因素对累积延性比谱的影响规律,建立了符合中国场地分类的累积延性比谱。结果显示:累积延性比谱与地震波幅值无关,与结构周期关系不大,可以忽略;当阻尼比和延性系数分别增大时,累积延性比呈增大趋势。另外,结构后期刚度、场地类别、设计地震分组对累积延性比谱均有不同程度的影响。

远场地震下多跨简支梁桥搭接长度需求分析

为研究远场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS软件建立多跨简支梁桥的三维有限元模型,分析远场地震动特征对简支梁桥搭接长度和结构弹塑性的影响;利用国内外抗震设计规范,分析简支梁桥在不同墩高、跨径下的搭接长度。分析研究表明:各国抗震规范搭接长度计算公式中,中国和日本规范搭接长度计算公式比较保守,美国东西部的抗震设防标准不同,规范计算的搭接长度差异较大,AAHSTO规范约为Caltrans规范的3倍;远场地震下的搭接长度设置满足抗震设计规范要求,当PGA为0.1g、0.15g、0.2g和0.25g时,2号桥墩墩底的弯矩和剪力最大,其塑性铰最大转角分别为0.007 39,0.007 93,0.023 2 rad和0.021 2 rad,均小于极限转角;在远场地震动不同峰值加速度作用下,墩梁相对位移最大值分别为16.6,18.7,26.2 cm和28.5 cm,占规范计算值的19%、21%、30%和32%;现有抗震规范中的搭接长度计算公式过于保守,应当结合地震动特征进行合理修正。

海湾深厚海床场地二维非线性远场强地震反应特征

人们早已认识到远距离强地震可能引起覆盖层深厚的沿海或盆地城市发生严重的地震灾害。以某杭州湾跨海通道为背景,建立跨海湾海床二维场地的精细化有限元模型,依据区域地震活动性,选取远场大地震井下记录作为海床基岩的输入地震动,考虑地震动特性、海床微地形特征、沉积土的空间异质性和非线性滞回特性,研究了远场强震引起的海床场地非线性地震效应特征。海床场地效应与海床微地形特征、沉积土的空间异质性和输入地震动特性密切相关。凹陷地表边缘、基岩隆起和凹陷部位及海床土软弱区域的场地放大效应显著,呈现出低频聚焦现象,且竖向地震反应更为明显。仅考虑水平向地震作用将显著低估海床非线性场地效应程度,水平向和竖向地震同时作用引起的竖向地震效应不应忽视。

利用远震P波波形反演渤海地震的震源参数

本文研究用理论地震图反演地震震源参数的方法,利用16个WWSSN台记录的渤海地震(1969年7月18日,M=7.4)远震P波波形,用我们的反演方法重新测定了该地震的震源参数。文中以剪切位错源的理论地震图与实际观测记录波形的相关程度为判据,测得该地震的震源参数为:地震矩3.9×10^(27)达因·厘米;震源破裂持续时间6秒;位错面两个可能的选择解是:(1)θ_s=207°,δ=87°NW,λ=-159°,右旋;(2)θ_s=298.6°,δ=69°NE,λ=-3.6°,左旋。其中θ_S、δ、λ分别是震源位错面的方位角、倾角和错滑角;震源深度为25公里。数值运算的结果还表明,本文提供的测定震源参数的方法实际效能良好。 文中还与用P波初动符号方法测定的震源参数结果进行了对比分析。

基于EEMD的远场类谐和地震动人工合成方法

远场类谐和地震动是一种特殊的长周期地震动,振动阶段后期产生多个循环的长周期类谐和加速度脉冲,易对长周期结构带来不利影响。然而,由于远场类谐和地震动实测记录有限,能直接用于结构抗震分析的地震动记录更少。为弥补这一缺陷,该文提出一种基于EEMD的远场类谐和地震动人工合成方法并对该方法的合理性和可行性进行验证。该方法通过对远场类谐和地震动记录进行EEMD分解,得到地震动低频成分的类谐和主脉冲成分与衰减部分,并对二者的拟合重构形成类谐和主脉冲分量进行特征参数识别和简化,提出由类谐和脉冲函数和衰减函数相结合的主脉冲速度模型,最后叠加分解时剔除的高频IMF分量形成人工类谐和地震动。基于此,重新选取3条任意远场类谐和地震动记录的地震动特征参数合成人工地震动,与原始地震动反应谱进行对比分析。结果表明:采用EEMD方法可有效提取原始地震动的低频成分,基于所提类谐和主脉冲速度模型得到的主脉冲时程与原始地震动速度主脉冲时程吻合较好;利用所提的地震动合成方法合成的人工地震动可较好保留原始类谐和地震动的非平稳特性,且与原始地震动较为吻合。

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.

近、远场地震下深水桥墩动力响应特性对比研究

以某典型铁路深水桥梁等效单墩模型为对象,采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,首次对近、远场地震作用下等效单墩结构振动特性及动力响应进行对比分析。结果表明,动水环境的存在会改变桥墩振动特性,随水深增加桥墩自振周期不断增大,30 m水深时第一阶周期增长率达10.4%。墩周动水压力呈抛物线型分布,近场地震下大于远场地震,二者差别随水深增加而增大。近、远场地震下桥墩结构的动力响应存在明显差别,较无水环境,近场地震下墩顶位移、墩底弯矩及剪力峰值分别增大34.5%、37.8%及51.3%;远场地震下三项指标分别增大17.0%、21.8%及40.0%,具有明显速度脉冲的近场地震下结构动力响应显著大于远场地震。具有速度脉冲的近场地震破坏能力更强,在近断层区深水桥梁抗震设计中应特别重视。

远场地震引起的单桩横向位移和内力

远场地震中 ,瑞利波能量是占优的。本文首先介绍了成层地基中瑞利波特征方程的解析解 ,然后采用文克勒地基梁模型 ,考虑单桩上部结构惯性力的影响 ,通过解析法建立了瑞利波作用下成层地基中单桩的横向动力响应计算公式。最后 ,将实际工程中抗震设计时的抗震设防烈度和设计特征周期结合起来 ,实例计算了不同的抗震设防烈度、场地特征周期、上部结构质量时单桩的横向动力响应 ,得到了一些有意义的结论 。

近远场地震作用下自复位桥墩高阶振型效应研究

为了研究近、远场地震作用下高阶振型对自复位桥墩地震响应的影响,以大瑞铁路漾濞1号特大桥为工程背景,基于OpenSees软件建立该桥18号桥墩(高58 m,采用自复位桥墩)的地震反应分析模型,输入近、远场地震动,通过增量动力分析法分析墩身塑性铰的形成及发展规律,并通过模态分解法计算前3阶振型对墩身塑性铰弯矩和墩顶位移的影响。结果表明:自复位桥墩并未消除高阶振型的影响,近场地震作用对结构第2阶振型的效应更加显著;墩身塑性铰主要分布在结构中部区域,且由第2阶振型控制,墩底不出现塑性铰;墩顶水平位移主要由第1阶振型控制,且远场地震作用更显著。

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。

远场地震作用下桩间横向动力相互作用的研究

在远场地震作用下单桩横向地震响应研究的基础上,引入相互作用因子,研究了远场地震作用下成层地基中桩与桩的横向动力相互作用,得到了桩间距、桩土刚度比、桩顶约束条件、瑞利波入射角度、震动频率是影响群桩横向动力相互作用主要因素的结论,为进一步研究远场地震作用下群桩的横向地震响应打下了基础。

远场大地震作用下深软场地设计地震动参数研究

针对苏州城区典型地层剖面,建立大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型,研究了大地震远场地震动作用于深软场地的设计地震动参数。结果表明:①大地震远场地震动作用时的深软场地地表地震动峰值加速度(PGA)明显大于人工波作用时的地表PGA,输入地震动特性、土介质的横向不均匀性及其非线性,使不同地表位置的PGA存在明显的变异性;②深软场地的地表设计地震动参数max,max和g T值远远大于现行国家规范或标准的取值,且max随地震动水平的提高而增大;③沿土层深度的PGA折减系数,对深度5 m以浅土层可取1,对深度35 m以深土层可取0.65,对中间深度土层可线性内插;④苏州深软场地土的最大剪应变幅值出现在土层深度10 m附近的窄带区域内,且中震、大震水平时,深度10～20 m的土介质处于弹塑性变形到大变形的过渡阶段,对该深度的地下结构,尤其是细长地下结构的抗震不利。对于类似苏州城区的深软场地,应充分考虑远场大地震效应的影响。

基于InSAR和远场地震波联合反演2008年M_W6.3大柴旦地震震源破裂过程

利用InSAR同震形变升、降轨数据和远场地震波数据,基于均方根最小与标量地震矩最小双重约束下的模拟退火方法,联合反演2008年11月10日大柴旦M_W6.3地震震源破裂过程.结果表明,2008年大柴旦地震震源破裂过程整体表现为沿倾向方向从深部破裂起始点处向上往地表传播,且破裂未到达地表;在前7s内,滑动沿西北和东南两个方向传播,7s后主要沿东南方向传播,破裂过程时间持续约为11s,同震滑动分布主要集中在地下10~20km范围内,最大滑动量达-0.71m;反演结果揭示本次地震为西南倾高角度兼具微量走滑分量的逆冲破裂事件,反演矩张量为3.96×1018 N·m,矩震级约M_W6.37.通过大柴旦地震发震断层和破裂机制综合分析,初步判断发震断层为西南倾向的大柴旦—宗务隆山断裂.

远场大地震作用下大尺度深软场地的非线性地震效应分析

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台，针对苏州城区典型地层剖面，建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型，对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比，大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著，由于土介质的横向不均匀性及其非线性，使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0．3S的高频地震波均具有显著的滤波效应；大地震远场地震波作用时，深软场地对周期0．85～1．65S的长周期地震波的放大效应非常显著，但对2．5～7．0S的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象，在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域，地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显，且大地震远场地震动作用时，20m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱β谱的谱形有显著影响；给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线，可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。

深软场地大地震远场地震动反应特性分析

采用等效线性方法考虑土的动力非线性特性,利用一维波动模型分析了深软场地的地震反应特性,结果表明,与输入苏州人工地震波时的计算结果相比,大地震远场地震动作用时,深软场地的地表水平向峰值加速度明显增大,规准反应谱的特征周期值显著增大,地表设计地震动的水平地震影响系数值明显增大,且两者的差异随输入地震动峰值加速度的增大而增大;当土层剪切波速的变异性由+10%变化到-10%时,地表水平地震影响系数曲线平台值有降低的趋势,规准反应谱的特征周期略有增大,且-10%的变异性对水平地震影响系数的影响要比+10%的变异性的影响显著;土体动剪切模量比和阻尼比均有变异时对地表设计地震动参数的影响较大,且土的阻尼比由-2δ到+2δ变异时,地表水平向峰值加速度和地震影响系数平台值有减小趋势。

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、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究

以深水大跨连续刚构桥为分析对象,建立墩-水相互作用的有限元模型,研究动水压力对桥墩地震响应的影响,对比分析了近场、远场地震作用下动水压力对深水桥墩地震响应的影响规律。结果表明:随着水深的增大,桥墩结构的自振周期有所增大;同时考虑桥墩内、外域水的结构自振周期的增幅大于仅考虑外域水;附加质量比越大,动水压力对结构自振周期及结构动力响应影响越大;随着水深的增加,近、远场地震作用下桥墩地震响应值均有增加的趋势,但近场地震作用下桥墩结构的地震响应明显大于远场;近场地震作用下动水压力对桥墩地震响应值的影响大于远场地震,并且随着水深的增加,差异越明显。

2013年前郭震群5次M_S≥5.0地震远场地震波辐射能特征研究

2013年吉林松原前郭震群是一次典型的爆发式强震群活动,前郭震群MS≥5.0的5次主要地震事件呈现出了较为特殊的起伏特征。本文基于震源谱理论及震群型地震的特点,研究了该震群5次主要地震事件的远场地震波辐射能的特征。选取国家级台站长春台,针对前郭震群的地震动观测记录,分析观测记录的时间域、频率域特征,结合考虑震群型地震的地震动谱与震源谱参数的关系,计算5次地震事件的远场地震波辐射能,并进一步定量化地描述其在震源谱及地震波辐射能等方面的差异。研究结果表明,前郭震群中5次主要地震事件的第2次地震事件(No.2)为整个震群的转折点,其震级上表现出来的衰减特征与其地震波能量释放特征呈现出了明显的非一致性。实际上,No.2事件是前郭震群中最重要的一次事件,主要表现为相对低的震级和相对高的远场地震波辐射能。