用位移反应谱研究长周期设计地震反应谱

利用美国太平洋地震工程研究中心NGA数据库,分析了滤波低频截止周期(Tc)对位移反应谱的影响。选择较小的Tc将严重抑制长周期位移反应谱幅值。本文选用可靠使用周期不小于10 s的强地面运动加速度记录,研究了位移反应谱的长周期特性。结果表明,位移反应谱峰点周期是长周期地震反应谱的关键控制参数,受场地条件和震级的影响相对较小,但与震中距基本呈线性增长关系,而动力放大系数最大值波动范围较小,设计中可视为常数。建议在现行抗震设计规范谱的基础上,在速度控制段与位移控制段之间增加一个过渡段,以体现位移反应谱的有峰特征,并给出了控制参数的建议值。

考虑周期折减的结构弹性时程分析调整方法

针对结构弹性时程分析时无法考虑周期折减的问题展开研究,通过对比结构时程分析的过程中,地震波的选取是否考虑周期折减的差异,提出采用增大系数放大时程分析法输入地震波有效峰值加速度以及地震响应;考虑弹性时程分析过程中,周期折减对结构地震作用的增大效应。理论分析增大系数取值的影响因素,并基于单自由度体系对比两种调整方法的效果及差异,采用实际算例以验证所提出弹性时程分析中考虑周期折减调整方法的有效性。结果表明:增大系数的取值与周期折减系数、结构自振周期及场地特征周期等因素有关;对于单自由度体系,两种调整方法具有完全相同的调整效果;按文章提出方法考虑周期折减的算例结构,弹性时程分析所得各楼层地震剪力及层间位移角与考虑周期折减的反应谱(CQC)计算结果均较为接近。

长周期桥梁地震设计谱阻尼修正系数研究

阻尼比是影响反应谱值的一个重要参数。当结构阻尼比发生变化时,会显著地改变反应谱值,从而影响结构所受地震作用的大小。规范设计反应谱均以一个标准阻尼比为基准,当结构主要振型的阻尼比偏离此标准值较多时,通过修正系数对设计反应谱进行修正。本文比较了各国桥梁抗震设计规范地震设计谱阻尼修正公式,并选取3条含有长周期分量的地震波对一长周期单自由度系统进行时程分析,使用瑞利阻尼,阻尼比从0.01～0.10变化,每种阻尼比计算结果取3条地震波的平均值,并与阻尼比为0.05的结果相比得到修正系数。在与各规范公式结果相比较后得出结论:欧洲规范阻尼修正公式更适用于长周期桥梁。

太原地区反应谱放大系数的统计分析

反应谱理论是地震工程学发展的重要理论之一,在抗震设计中广泛采用,合理地确定反应谱特征值才能够真实表达地震动的特性。结合收集到的2016年太原市清徐地震强震记录资料和台站附近场地钻孔资料,将生成的加速度谱转化为标准反应谱,依照场地类别和震中距对太原地区的反应谱放大系数βmax进行统计分析。结果显示虽然个别场地上的反应谱放大系数离散性偏大,但平均特性表现较好,与整体趋势保持一致。在此研究基础上,结合实际工作与前人的研究,建议太原地区的反应谱放大系数值为2. 5。

长周期结构弹塑性时程分析的地震波选取

长周期结构在大震作用下进入弹塑性状态,结构刚度退化,周期延长,地震波对应的反应谱与规范反应谱在长周期段的拟合程度对结构的安全性判断有较大影响。提出长周期反应谱拟合系数作为长周期结构在弹塑性时程分析中地震波选取的依据,通过六千多条强震记录的统计分析,得到不同场地条件下适用于长周期结构弹塑性时程分析的地震波库,保证所选取地震波对应的反应谱与规范反应谱在3~6s段统计意义上相一致。

PGMD选波时规范反应谱局部场地效应参数研究

在地震动选波的谱匹配环节,规范反应谱是最常用的目标谱,此时应尽可能反应预期工程场地地震的统计特征.在规范谱与场地效应相关的参数中,场地地震动峰值加速度调整系数、罕遇地震反应谱特征周期增加值可按各个行业规范选取,且差异较大.基于PGMD选波数据库,比选出我国规范考虑的因素吻合性最好的地震动衰减关系BSSA 14,按我国规范地震动峰值加速度分区值的规定,建立基于BSSA 14计算的场地地震动峰值加速度调整系数、罕遇地震反应谱特征周期增加值,并与我国规范的相关规定做对比.研究表明Ⅰ类场地细分成Ⅰ0与Ⅰ1两个亚类、场地地震动峰值加速度调整系数、罕遇地震反应谱特征周期增加值,各个行业跨规范参照《参数区划图》2015版选取,则会得到与PGMD数据库自身统计规律适应性强的规范反应谱参数.

长周期抗震设计反应谱衰减指数与阻尼修正系数研究

对基于地震惯性力的绝对加速度谱和基于滞回恢复力的拟加速度谱进行差异解析,分析了长周期地震动拟加速度谱的衰减指数及其阻尼修正系数谱的变化规律。筛选长周期分量丰富的破坏性浅源强震数字化记录,通过弹性反应谱分析研究拟加速度动力放大系数谱的特征周期、两个下降段的衰减指数以及阻尼修正系数。分析结果表明:基于结构承载力的抗震设计谱应以基于滞回恢复力的拟加速度谱进行标定,以基于惯性力的绝对加速度谱标定对大阻尼比长周期结构的抗震设计偏于保守。拟加速度谱与绝对加速度谱在长周期段的衰减规律不同,大阻尼比长周期段拟加速度谱衰减速度较快。阻尼比0.05的标准抗震设计谱在第一和第二下降段采用形式简单的1/T和1/T2的规律衰减是合理可行的,无需通过修正衰减指数获得基于拟加速度的大阻尼比抗震设计谱。长周期地震反应谱的动力放大系数有显著的场地效应,以Ⅱ类场地为参考,Ⅰ~Ⅳ类场地效应系数分别取0.9、1.0、1.1和1.2较合适。地震动长周期分量对结构阻尼修正系数有很大的影响,基于拟加速度谱与绝对加速度谱的阻尼修正系数在长周期段有显著的差异。结构算例验证了长周期结构建议设计谱的衰减指数与阻尼修正系数取值的合理性。

远场长周期地震动反应谱拐点特征周期研究

研究远场长周期地震动反应谱两个拐点周期的统计特征以及主要因素的影响规律。考虑震中距、震级和场地类型不同,筛选长周期成分丰富的破坏性浅源强震数字化记录,通过反应谱分析,基于Newmark-Hall模型计算加速度反应谱第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期,分析特征周期的变化规律。结果表明:第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期随震中距和震级的增大而增大,场地类型对第一下降段特征点周期有显著影响,而对第二下降段特征点周期的影响不显著;震中距和震级与第一和第二下降段特征点周期的秩相关性处于中等偏弱水平,表明该两个特征点周期随震中距和震级而变化,采用单一的震中距和震级估算设计反应谱的特征点周期,并非可靠;第一和第二下降段特征点周期的线性相关性为中等偏弱水平,现有规范以第一下降段特征点周期估算第二下降段特征点周期的线性模型并不适用于长周期地震动反应谱。考虑震中距、震级和场地类型的综合影响,给出了长周期地震动反应谱第一和第二下降段特征点周期的计算模型;依据四类场地上的统计平均值,给出第一和第二下降段特征点周期建议取值,可供规范修订时参考。

长周期结构地震反应的特点与反应谱

讨论长周期结构地震反应的特点,分析我国建筑抗震设计规范中反应谱存在的主要缺陷。对反应谱进行人为的改变,会导致地震动特性的失真。我国规范反应谱的长周期段由于人为的调整,改变了地震动的统计特性,导致加速度反应谱对应的功率谱在长周期段异常,也导致长周期结构在地震作用下的计算位移偏大。抗震规范所规定的最小地震剪力系数仅与地震影响系数的最大值αmax相关,而与场地类别无关,有悖于软土场地上结构地震反应大于硬土场地上地震反应的一般规律。由加速度谱Sa、拟速度谱Sv和位移谱Sd之间的拟谱关系,给出了具有较长周期段(T延长至约10 s)的反应谱建议,可供规范修订时参考。工程算例表明,依据建议的反应谱进行结构的位移验算是可行的。

基于振动台测试及数值模拟的长周期设计谱评估

采用分层装配式多高层建筑结构缩尺模型的振动台试验以及足尺数值结构的地震反应分析,评估抗震设计谱长周期段的合理性和可靠性。以模型结构的实测振动周期和顶点加速度时程响应作为精度验证依据,构建并扩展模拟结构;剔除楼层加速度动力放大系数复合反应中二阶以上振型的分量,建立结构第一阶振型顶点和等效单自由度体系高度处的加速度动力放大系数谱以评估抗震设计谱。结果表明：基于SRSS规则求出的第一阶振型相对于楼层加速度动力放大系数的比例系数在建议设计谱的长周期段随自振周期增大而衰减,而规范设计谱对应的比例系数衰减趋势出现异常;建议设计谱的动力放大系数与第一阶振型的动力放大系数吻合较好,且谱值基本大于第一阶振型的动力放大系数谱值;规范设计谱的动力放大系数在速度敏感周期前段出现小于第一阶振型动力放大系数的情况,这表明有必要适当增大场地特征周期。建议设计谱估算的楼层加速度谱大于由规范设计谱以及基于试验与数值分析确定的楼层加速度谱,表明建议设计谱安全、可靠,且能体现长周期结构的高阶振型反应。

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(vs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0.35m/s2、0.70m/s2和0.98m/s2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(vs500m/s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m/s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取vs500m/s2的土层或基岩面作为地震动输入界面。

GB50341储液晃动波高计算调整的探讨

由于国内规范对储液晃动波高的计算公式不同,导致计算得到晃动波高值存在差异。通过比较国内规范G B 5 0 3 4 1-2 0 0 3、G B 5 0 7 6 1-2 0 1 2、G B 5 0 3 4 1-2 0 1 4、S H/T 3 0 2 6-2 0 0 5、S H 3 0 4 8-1 9 9 9中关于储液晃动波高的计算公式和地震影响系数α曲线图的异同,并以4种典型罐容的晃动波高计算值为依据,指出按GB50341-2014设计的储罐,晃动波高值明显大于其它规范。建议在根据GB50341-2014计算时,增加长周期反应谱调整系数k V,使其计算值与其它规范一致。

基于变形的框架-剪力墙结构抗震安全性评估

将结构整体变形和构件变形作为双重控制指标,提出了罕遇地震作用下结构的安全性评估方法,对按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计的典型框架-剪力墙结构在罕遇地震作用下的安全性进行评估。结果表明:以层间位移角作为大震性能评估的唯一标准存在不足,结构的最大层间位移角与结构构件损伤没有直接关系,统计得出框架-剪力墙结构首层层间位移角限值为1/200;引入长周期反应谱影响系数以考虑地震波反应谱形状的影响,并给出建议影响系数取值为0.9~1.05;Ⅱ类~Ⅳ类场地土中7度及7.5度抗震设防的模型均满足安全性要求,8度设防出现个别模型不满足安全性要求。