强震动随机性对重力坝动水压力影响研究

针对现行水工抗震规范推荐的动水作用计算方法未考虑地震动随机性的问题,研究了强震动随机性对动水压力的影响。首先以Westergaard级数解为基础,探讨声固耦合法模拟动水压力的可行性;然后以选取的25条天然波和生成的25条人工波为基础,研究强震动随机性对重力坝动水压力分布规律和最大值的影响。结果显示,Westergaard级数解仅适用低频激振力,声固耦合法对不同频率的激振力均适用;在动水压力分布规律方面,刚性地基情况下与Westergaard附加质量法规律一致,弹性地基情况下与规范推荐的动水压力系数规律相似;在强震动随机性影响方面,人工波随机性带来的动水压力最大值对均值的偏离程度为16.1%~22.2%,天然波随机性带来动水压力最大值对均值的偏离程度为39.4%~49.8%,天然波随机性对动水压力的影响是人工波的2.0~2.5倍。

唐山响堂三维场地影响观测台阵

1994年7月中国地震局工程力学研究所在唐山余震区响堂镇建成了我国第一个三维场地影响观测台阵。该台阵目前有四个测点，分别布设在基岩地表、上层地表、地下17m和地下32m处。它安装了分辨率为16位的井下数字观测系统，主机和从机同步运行，系统时钟采用Omega导航信号自动校对（精度1ms），地震数据采用固态方式（CMOS）存储，每个测点均布设一组三分量力平衡式加速度计。该台阵自投入运行至1997年12月已取得了60个包括不同深度的地震加速度记录（ML＝1.5～5．9），最大地表峰值加速度为60．11cm/s2。这些记录震相完整，波形清楚，计时准确，为进行局场地条件对地震动影响的研究提供了宝贵的数据基础。

HVSR方法用于地震作用下场地效应分析的适用性研究

以美国Garner Valley Downhole Array(GVDA)竖向观测台阵的强震观测记录为基础,利用水平与竖向谱比(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio,HVSR)方法与传统谱比方法研究了多次地震作用下竖向台阵场地的波动传播规律,探讨了该场地HVSR曲线与传递函数(Transfer Function,TF)曲线的差异,综合利用频域求解一维层状场地P、SV波入射情况下场地响应的土层地震反应分析方法和合成理论地震图的波数积分法解释了二者差异可能的原因,在此基础上研究了HVSR方法应用于地震作用下场地效应分析的适用性.研究结论表明:竖向地震动场地效应是HVSR与传递函数产生差异的主要原因,竖向地震动场地效应主要是由竖向地震动中的P波成分引起的.在场地竖向放大可以忽略的频段范围内,HVSR可以作为传递函数研究地震作用下的场地效应.

软土地铁车站结构在三维强地震动作用下的响应分析

以绵竹清平波作为输入地震波,采用ANSYS-FLAC3D相结合的方法对2层2柱3跨软土典型地铁车站结构进行强震响应的三维数值模拟。土体采用D-P本构模型,车站结构采用弹性模型,并选用瑞利阻尼和Hardin/Drnevich模型的滞后阻尼实现土在循环动荷载下的滞回和非线性特性。计算结果表明:下层中柱的相对水平变形主要由水平方向加速度引起,而受竖直方向加速度的影响甚微;下层中柱轴力主要受水平方向和竖直方向加速度共同作用的影响,在发生汶川地震级别的地震时,将可能发生车站下层中柱坍塌的现象;土压力以及侧墙对土体的挤压力均较大;下层中柱柱顶的水平方向加速度响应大于柱底的水平方向加速度响应,而两者的竖直方向加速度反应相差不大。由此可知:发生地震时,下层中柱是地铁车站最为薄弱的构件,并且中柱的破坏系由水平方向加速度和竖直方向加速度共同作用的结果。

结构抗倒塌易损性分析中地震动输入不确定性影响研究

在结构抗倒塌易损性分析中地震动输入的选取只是众多环节之一,其不确定性影响往往被忽视。该文基于 PEER 强震动记录数据库,按震级、距离和场地参数(M、R、VS30)进行单变量控制将强震动记录分成 9 组,新定义指数 ISa 用以比较不同分组地震动的相对能量差异;对 3 层、8 层以及 15 层三种不同自振周期的混凝土框架结构采用 IDA 方法进行抗倒塌易损性分析,比较不同 M、R、VS30工况地震动输入下的易损性结果,同时与 ATC63推荐记录作为地震动输入的易损性结果进行了对比,结果表明:3 种结构的倒塌性态点 Sa(T1)均随着 M 增大、R增大以及 VS30 变小而减小;三种结构都体现了在大震、远场及软土场地的地震动作用下更加易损倒塌,与 ISa 指数体现的地震动蕴含能量的分布相一致;通过 SI 和 SImax 两个参数在不同工况下的对比,表明中长周期结构受距离的影响更为显著,以及震级对结构抗倒塌影响更敏感;以 ATC63 推荐的强震动记录随意用作地震输入被证实可引起结构抗倒塌易损性曲线较大的不确定性。为降低不确定性影响,建议在进行结构抗倒塌易损性分析时采用考虑场址危险一致性与结构自振特性的地震动输入选取方法。

研究局部场地条件对地震动影响的响嘡遥测台阵

对原有的响嘡三维场地条件影响台阵进行了扩建改造。增设了一个深度为47m的测井,对钻孔土样进行了土动力学测试,弥补了缺乏详细土层特性资料的缺陷。新老测井观测点均架设了电话线路,实现了观测中心与台阵之间的远程监控和数据传输。已经获取的一批中小地震近场记录可以用来进行盲测研究。

GDS—1000宽频带通用流动数字地震观测系统

GDS-1000宽频带通用流动数字地震观测系统主要用于大陆岩石层的人工及天然地震台阵研究、强震观测以及余震观测台网的临时布设。其主要技术指标为:动态范围120dB,前放增益1,16,128倍可调,高端频率6.25,25,45Hz可调,采样率25,100,200Hz可调,1MB固态数据存储器借助地震数据的压缩软件可以存储3MB以上的数据,工作温度范围-10—45℃,功耗小于3W。定时接受的BPM无线电授时信号可保证记录系统时钟校正误差小于10ms。其智能化地震触发系统可处于下列模态:近震触发,远震触发,近震和远震触发,任意地面运动信号触发,以及手动触发和定时触发。DSR-1000数字地震数据回收系统用于GDS-1000的参数预置、地震事件数据的转储和地震图的现场绘制。该系统在野外试验期间已取得大量近震、远震及核爆炸记录。

竖向强震作用下密贴地铁地下交叉结构动力响应分析

研究密贴地铁地下交叉结构的地震反应特性,对地铁地下结构穿越工程的建设和安全运营有着重要的现实意义。利用FLAC3D有限差分程序对北京地区典型密贴地铁地下交叉结构进行了地震响应的数值模拟分析,研究了竖向强震作用下地铁区间隧道密贴下穿地铁车站结构体系的地震反应特性,并与单一地铁车站的地震反应特性进行了比较,研究表明:密贴地铁车站交叉主体结构由于车站—隧道结构间的相互作用,较单一地铁车站主体结构竖向位移及受力具有明显的增减,并与输入地震动的特性有关,且各监测部位增减幅值基本一致;由于土体对地震动高频成份的显著滤波作用,因此高频丰富的汶川卧龙波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差-时程及应力差-时程明显小于低频丰富的阪神波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差-时程及应力差-时程;地铁车站主体结构竖向相对位移差-时程及应力差-时程对于输入地震动的峰值加速度不太敏感。

近场强震作用下城市桥梁结构灾害评价方法研究

桥梁是城市交通系统中抗震性能最差的节点,一旦遭受地震破坏会影响城市生存功能,可能导致城市局部或整体功能瘫痪,引发或加重次生灾害,降低了地震应急救援和震后恢复的速度和效果,是都市区震害情景构建中重点考虑的关键环节。根据唐山、海城、汶川地震等桥梁震害资料,对桥梁按场地土类型、建筑年代等分类,建立桥梁易损性曲线模型,并提出了适用于城市大量桥梁地震灾害状态快速评价方法,利用该方法评价了潜在近场强地震动作用下太原市区环城高速以内主干道路桥梁的震害。与以往的桥梁易损性模型对比结果表明,所提出的桥梁易损性模型可以更加准确地评价桥梁的震害。该方法可为城市桥梁的震前改造加固、震后快速恢复提供理论依据,也可为震后应急救援决策提供必要的支持。

软土地铁车站中柱在强震作用下的响应研究

将汶川地震时获得的地震波作为输入波,利用FLAC3D软件对软土典型地铁车站中柱进行强震响应的三维数值模拟。土体采用D-P本构模型,车站结构采用弹性模型,并选用瑞利阻尼和Hardin/Drnevich模型的滞后阻尼来实现土在循环动荷载下的滞回和非线性。计算结果包括中柱的相对变形、轴力、剪力、弯矩及车站中柱的加速度响应规律。结果表明:下层中柱是地铁车站受地震波作用时最为薄弱的构件,并且中柱的破坏系水平向地震波和竖直向地震波共同作用的结果。

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于ABAQUS软件的32CPU显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土-框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和100 a超越概率3%的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明:大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于100 a超越概率3%的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。

云南强震动流动观测发展及相关问题讨论

简要介绍了云南强震动流动观测的发展历程和省内6次典型震例的强震动流动观测及特点,并总结和探讨了强震动流动观测时应该注意的相关问题。基于强震动观测应用及研究现状,建议加强并拓展强震动流动观测工作,适时建立强震动流动观测系列的规程、规范,不仅要把流动观测作为弥补固定台网不足以增强捕获近场强震动记录能力的辅助手段,更要把强震动流动观测作为解决地震基础研究与地震工程应用难题的一个重要手段。

苏州地区地铁地下车站结构的地震反应分析

以苏州地铁车站为研究背景,数值模拟了大地震近场强地震动作用下,深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明:大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。

地下工程震害与地下地震动的位移特征

地下工程与地面工程所处的环境不同决定了地震作用对地下结构影响的特殊性,震害经验显示地震动的位移是造成地下结构破坏的主要因素之一.对典型地下工程震害特征进行了总结,结合国外地下地震动台阵记录分析了地震动位移沿深度的分布特点.揭示了地下地震动的一些工程特性,可以为地下工程结构的抗震设计提供参考.

高层钢结构考虑长周期地震动的减震加固研究

考虑长周期地震动的影响对一高层钢结构进行了减震加固,并对其抗震性能进行了评估。日本东京新宿地区一高层钢结构经历了"3·11"地震,其强震观测系统记录到了有价值的加速度时程数据,为使其成为人流密集区域的避难场所,拟进行减震加固以提高其抗震性能。基于记录数据进行了频谱分析和时频域分析,发现此次地震具有明显的远场长周期和长持时特征,其长周期分量持续到300 s后才逐渐衰减;利用Ai分布地震力研究了结构的非线性特征和损伤分布,并在此基础上采用基于存储刚度的静力分析方法进行了减震优化设计;选取了包含记录数据在内的长周期长持时地震动和一般地震动对减震加固结构进行了非线性动力分析及损伤评估。结果表明:相较于一般地震动,长周期长持时地震动作用下高层结构的减震效果更明显,优化后的减震加固方案使结构的振动衰减较快,不仅减小了结构的最大响应,而且有效降低了构件的损伤数量和损伤程度。衡量钢支撑局部屈曲的累积轴向应变在长周期长持时地震动作用下明显大于一般地震动,故长周期长持时地震动对钢支撑局部屈曲影响较大。

地震动持时对工程结构地震反应影响研究进展

地震动工程特性由幅值、频谱与持时三大要素决定,三个要素共同决定了地震动对工程结构破坏作用,工程结构抗震设计与评估等应全面考虑三个要素综合影响。目前来看:关于幅值及频谱的研究成果已广泛应用于各类工程抗震设计与评估,但关于地震动持时这一要素,国内外至今尚无明确的考虑方式和相应设计与评估技术,或考虑相对笼统。部分规范仅在结构地震反应时程分析方面做出了简单规定,尤其是用于确定地震荷载的抗震设计谱,几乎没有反映地震动持时对结构的影响,这远远不能满足性态及韧性等先进抗震方法对地震动作用的迫切需求。因此,关于地震动持时特性及其对工程结构地震反应影响的研究,近期成为一个热门研究课题。本文主要回顾和评述了地震动持时对工程结构地震影响的研究进展,并根据国内外研究现状对地震动持时研究进行了展望,可供分析地震动工程特性及其对结构的影响参考。

地震动输入的选取与结构响应研究

目的采用提取地震动反应谱特征参数建立基于地震动反应谱特性的数据库,为结构地震反应分析提供有效便捷的地震动输入选取方式.方法根据常见的4种形式反应谱,以误差最小原则搜索最佳的反应谱特征参数,并通过选取不同的结构形式,明确结构反应与地震动输入之间的关系.结果地震动输入对结构响应的影响是十分明显的,相同的结构在不同的地震动作用下或不同的结构在相同的地震作用下的响应将体现出不同的性态,结构物的反应可以相差平均约2倍左右.结论考虑0～20 km(近震)和50～130 km(远震)的影响,地震记录按照特征周期划分组别,对地震动时程进行结构抗震分析,能够体现出结构的最不利反应状态,有利于制定合理的结构抗震措施.

框架结构的输入地震动记录调幅方法试验研究

为了确定框架结构弹塑性时程分析时输入地震动记录的调幅方法,本文利用一个1/40比例的框架结构振动台试验研究了四种地震动记录调幅方法的适用性。利用四种地震动记录调幅方法对20条地震动记录调幅,通过振动台依次输入不同周期的框架结构中,通过分析结构顶层的层间位移角和最大加速度两个参数的变异系数,确定最适宜此种结构体系的地震动记录调幅方法。研究表明,当结构的基本周期可以准确确定时,利用S_a(T_1)调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当结构的基本周期不确定时,利用MIV调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当周期有30%的变化时,ASCE调幅方法引起结构的最大加速度的变异系数波动不大,相对比较稳定;无论何时PGA调幅方法得到的变异系数都是最大,表明此法得到的离散程度最大。建议在对框架结构进行时程分析时,对于确定性周期的结构采用S_a(T_1)调幅方法,对于不确定性周期的结构采用MIV调幅方法,ASCE和PGA调幅方法不宜采用。

不同地震波波型对相干系数影响的对比分析

地震动空间变化一般采用相干函数描述,在利用强震记录计算相干系数时,加速度时程时间窗的选取常常不一样,有的采用S波时间窗,有的直接采用整条强震记录,等等。利用台湾SMART-1台阵的第5次和第45次地震的加速度记录,分别计算了S波时间窗和整条时程的相干系数,并进行了曲线拟合。通过对拟合结果的比较发现:整条记录的相干系数比S波时间窗的相干系数偏小,降低了地震动的空间相关性;同时,台站间距d影响也很大,d越大,采用整条记录统计得到的相干系数降低越多。因此,进行地震动空间相干系数的统计时,必须考虑不同的地震波波型的影响因素。

基于强震台阵记录的地震动空间相干函数实用模型

为寻求一种适用于不同类型场地的地震动空间相干函数实用模型,从美国、日本和我国台湾的密集型强震观测台阵的35次地震记录库中,选取1116条地震动记录,利用随机振动理论和数字信号处理技术对不同类型场地的地震动空间相干性问题进行了研究。通过对水平分量地震动和竖向分量地震动空间相干函数计算值的拟合,建立了一种适用于软土场地、一般场地和基岩场地的地震动空间相干函数实用模型,并进行了参数回归分析。分析结果表明:地震动场空间任意两点的相干性随着距离和频率的增大呈指数函数形式逐渐减弱;在软土场地、一般场地和基岩场地三类场地中,软土场地衰减最快,一般场地次之,基岩场地衰减最慢;基岩场地在距离20km处仍有较大的相干函数值;地震动水平分量的相干性要大于竖向分量的相干性。