近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。

汶川地震桥梁震害经验及抗震研究若干新进展

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8.0级大地震,造成大量公路桥梁破坏,并为桥梁抗震研究留下了众多资料。总结了汶川地震桥梁震害经验,认为宜重视桥梁近断层地震动响应及防落梁措施、小半径曲线梁桥地震防倒塌设计、桥梁延性抗震设计及细部配筋和深水高桥墩地震损伤及控制等抗震问题。综述了课题组近些年对桥梁抗震研究的若干新进展,包括梁式桥防落梁抗震设计理念及方法、钢筋混凝土桥墩地震抗剪强度及变形能力研究、曲线梁桥地震破坏机理数值分析与小半径曲线梁桥地震防倒塌设计对策等。

近断层地震下摩擦型隔震结构与限位装置碰撞反应及防护研究

采用不同的碰撞模型,研究了摩擦型隔震结构(P-F、R-FBI和FPS)在近断层地震作用下与限位装置相碰撞的动态反应特性,给出了不同碰撞的数学表达式以及各模型中参数的具体数值;研究发现,地震中隔震结构若发生碰撞将大大增加结构的层间剪力和加速度反应,且激起结构的高阶振型;不同碰撞模型的计算结果相差在10%以内,但非线性碰撞模型花费的计算时间长,因此在实际工程中采用线性的Kelvin模型精度已足够;上部结构的非线性对碰撞反应有很大影响,碰撞时非线性结构的底层最大剪力较线性结构有很大减小,且层间存在很大的残余位移;同时还研究了基底预留宽度以及上部结构的自振周期对隔震结构碰撞反应的影响;最后提出了加设高阻尼橡胶缓冲器减小隔震结构碰撞反应的防护措施。

近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度分布系数

我国西部地区有很多已建、在建及拟建的高土石坝工程,坝高已达200 m以上,这些高坝有的位于地震断裂带附近。规范中关于地震加速度动态分布系数的规定仅适用于高度70 m(8、9度烈度)和150 m(7度烈度)以下的大坝,且没有考虑近断层地震动的特点。本文分别对高度为40、70、150和200 m面板坝进行动力反应分析,将规范谱人工波与近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度反应进行对比。结果表明,近断层地震动作用下的大坝最大加速度明显大于规范谱人工波。通过总结近断层区域大坝的加速度分布规律,建议了适用于近断层区域面板堆石坝的加速度分布系数,可为大坝的抗震设计提供参考。

近断层地震作用隔震结构研究现状综述

总结了近年来国内外学者对速度脉冲、竖向地震动和上下盘效应等近断层地震动特性的研究成果,综述了近断层地震作用下隔震结构动力响应的研究现状。对当前近断层隔震结构地震响应研究和抗震设计中存在的问题进行了简要分析,指出考虑近断层的速度脉冲效应、竖向地震动特性和地面运动不一致性以及结构P-Δ效应等因素影响,将成为隔震结构动力反应分析和结构抗震设计新的研究方向。

近断层地震动作用下输电塔-导线体系反应分析

首先在考虑了导线的几何非线性基础上,建立了输电塔-导线体系的简化空间有限元分析模型。其次对体系按纵向和侧向分别进行了自振特性分析。最后在近断层地震动、人造波和E l Centro波作用下,利用非线性时程分析法研究了体系的地震反应特性。文中给出的输电塔的计算结果表明:(1)导线明显增加了输电塔的纵向基本自振周期,而对侧向振动周期几乎没有影响;(2)近断层地震动和其它地震动作用相比,输电塔的反应相差不大;(3)近断层地震动显著增大了导线的位移反应,尤其是侧向;(4)导线对体系纵向地震反应影响较大,对侧向地震反应影响较小。

近断层地震动与汶川地震灾区滑坡破坏特征分析

基于对都江堰、彭州、绵竹、绵阳、北川、青川、平武、江油等重灾区和极重灾区的30多个地震滑坡灾害点进行的滑坡灾害现场测绘、灾害信息数字影像采集、地震滑坡灾害评估工作,发现灾区滑坡破坏模式主要以崩塌破坏或者崩塌破坏诱发的崩滑式破坏,而纯粹滑动式破坏较少,同时灾区滑坡破坏特征与近断层地震动效应存在密切联系,近断层地震滑坡与远震滑坡在灾害机理与破坏形式上存在明显区别,有必要在今后研究工作中针对近断层地震动的大脉冲效应、SH波、崩塌破坏特征展开系统研究.

近断层地震动对短肢剪力墙高层结构地震反应的影响

近断层地震动具有独特的上盘效应、破裂方向性效应和速度脉冲特征。本文分组考察具有这些运动特征的地震动对短肢剪力墙高层建筑结构地震反应的影响。选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,利用ANSYS软件对一幢12层短肢剪力墙结构建立空间杆件-壳元组合有限元模型,进行弹塑性时程分析。计算结果表明,近断层地震动上盘效应和破裂方向性效应明显增大短肢剪力墙结构体系的地震反应,短肢剪力墙高层结构的最大层间位移角发生在中部第5层,为0.98%,说明该结构已经达到中等破坏状态;脉冲型地震动效应与结构周期长短密切相关,对长周期结构脉冲效应显著。

桥梁墩柱基于性能的抗震设计方法

结合基于性能的抗震设计思想,融合反应谱法和基于位移设计方法的优点,发展一种能够同时考虑近断层地震能量和变形需求的桥梁墩柱抗震设计新方法。基于所提出的以性能指标为控制参数的强度折减因子和结构变形等效延性系数,推导与美国UBC97抗震设计规范动力放大系数谱相容的给定性能指标的非弹性位移谱,用于确定目标结构的等效自振周期。给出桥墩抗震设计的完整过程,发展一种桥梁墩柱直接基于性能的抗震设计方法,并以不同高度和预期设计性能目标的桥墩为算例,通过实际近场地震记录和等效模拟脉冲波的非线性时程分析,验证方法的可行性。所建议方法能实现将结构抗震性能指标贯穿到抗震设计的全过程,适用于以弯、剪变形为主的中、低高度桥墩基于性能的抗震设计。

考虑近断层地震的隔震结构增设黏滞阻尼器效果分析

介绍了新疆近断层地震动特点及其对隔震结构的影响。在太平洋地震工程中心地震记录数据库中选取2条近断层地震记录EL-CENTRO ARRAY#6波和CHY101波,再加上按规范反应谱拟合的人工时程一起作为输入。以喀什地区某医院隔震加固为背景,对采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系和铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系进行动力时程对比。分析结果表明,采用铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系在人工地震动和近断层地震动作用下的隔震效果都比较明显,而仅采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系在近断层地震作用下无明显隔震效果,结构安全性无法保证。为保证隔震结构在各种地震动作用下的稳定性及安全性,应在隔震层中增设黏滞阻尼器,以增大结构的附加阻尼,提高隔震效果。

近断层脉冲型地震动功率谱特性分析

计算分析了近断层脉冲型和无脉冲地震动的功率谱特性。与远场地震动相比,近断层脉冲型地震动的功率谱峰值最大,且在低频处能量集中,符合其长周期分量丰富和幅值大的特点;无脉冲地震动的功率谱峰值次之,对应的卓越频率大于脉冲型地震动功率谱的卓越频率,但仍小于远场地震动功率谱的卓越频率。建立了一种新的功率谱模型以拟合近断层地震动的平均功率谱,并得到了谱强度因子关于震源幅值系数、传播介质衰减系数和震中距的表达式。最后,从新的视角对近断层和远场地震动功率谱卓越频率产生差异的原因进行了诠释。

近断层脉冲型地震动作用下RC框架结构抗整体性倒塌能力分析

首先,简要分析了近断层脉冲型地震动的产生原因及主要特征,讨论了基于峰值-峰值速度脉冲和正则累积平方速度指标的有明显脉冲地震动记录选择方法。进而,选择一榀六层三跨钢筋混凝土框架结构为研究对象,以非线性有限元软件OpenSees为平台,选择20条有明显脉冲的近断层地震动记录,以结构基本周期对应谱加速度S_a(T_1)为强度指标调整原始地震动记录,并对结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),以结构最大层间位移角θ_(max)和楼层最大层间位移角θ_(max,i)等为损伤指标,统计分析IDA结果,得到近断层脉冲型地震动记录下的IDA曲线,进而利用IDA结果,评估了结构的抗整体性倒塌能力。同时,也选择20条远场地震动记录进行同样分析以进行比较。结果对比表明:在地震动强度指标相同时,近断层脉冲型地震动更容易引起结构的破坏;近断层脉冲型地震动作用下结构的抗倒塌能力低于远场地震动作用下结构的抗倒塌能力;近断层脉冲型地震动作用下结构底层的塑性变形相对更加集中。

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构在近场地震下的弹塑性侧向力分布研究

为研究近场地震作用下Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)的弹塑性侧向力分布,本文精细设计了4个不同层数的Y-HSS-EBF结构,通过弹塑性时程分析且考虑了结构层数、近场地震及其速度脉冲效应对结构的影响,获得了Y-HSS-EBF结构在罕遇水准近场地震下的侧向力分布,基于底部剪力法得到了Y-HSS-EBF结构弹塑性侧向力分布模式,并与已有侧向力分布模式进行了对比。结果表明:近场地震波的速度脉冲效应对Y-HSS-EBF结构的侧向力分布影响较大,应考虑其对结构侧向力分布的影响;本文建议的侧向力分布模式在精度上与时程分析结果平均值最为接近,能够为Y-HSS-EBF结构基于性能的塑性设计方法提供一定参考。

近断层地震对基础隔震结构响应影响的振动台试验研究

对一缩尺1∶7的3层钢框架基础隔震结构模型进行了振动台试验,研究近断层地震作用下隔震结构的地震响应。在相同地震动强度水准下,含有速度脉冲的比不含速度脉冲的近断层地震波对隔震结构的影响大;随着速度脉冲周期与结构基本周期的比值T p/T1减小接近于1基础隔震结构地震响应增大;在有、无速度脉冲两种情况下,隔震结构地震响应均随PGV/PGA的增大而增大,且PGV/PGA大于0.2时含有速度脉冲的近断层地震波对隔震结构的破坏势更为显著;断层距可用于表征近断层地震波对隔震结构的破坏势;地震持时与隔震结构地震响应的相关度不明显;上盘效应会增大基础隔震结构地震响应。

近断层地震动作用下密肋复合墙结构地震响应分析

为了研究新型结构体系-密肋复合墙结构在近断层地震作用下的地震响应,基于密肋复合墙结构试验,建立该结构的简化计算模型.输入改变控制参数的不同近断层地震动,进行结构非线性地震反应分析.并对同等条件下密肋复合墙结构与框架剪力墙结构在近断层地震作用下结构耗能分配系数对比分析.结果表明,由于密肋复合墙结构独特的构造特点,使其在近断层地震动作用下表现出良好的耗能减震能力,是一种较理想的抗震建筑结构新体系.

近断层方向性效应地震动双规准组合反应谱

为了给近断层设计谱的确定提供新的方法和参考依据,考虑场地条件的影响,分析了53条具有典型近断层方向性效应特征的地震动记录的双规准组合反应谱的特征.相比传统的地震动加速度、速度和位移反应谱,组合反应谱的谱值与地震动的幅值相关性更强;双规准组合谱具有更低的统计变异性.最后,给出了基于双规准组合谱特征的近断层区场地相关设计谱模型.

基础隔震结构在近断层水平-竖向地震联合作用下的动力响应

隔震结构在中远场常规地震作用下表现良好,而在近断层地震作用下,其隔震效果可能有所降低。一方面,由于近断层地震水平分量富含长周期速度脉冲,隔震支座可能发生较大水平位移;另一方面,近断层地震竖向加速度峰值较大,会导致隔震支座竖向力发生较大变化,使其水平刚度有所降低,严重时发生屈曲失稳,或者受拉破坏。考虑到隔震结构是由隔震支座和上部结构串联而成,隔震支座的动力响应和破坏模式将直接影响上部结构动力响应,所以,本文在ABAQUS软件中建立隔震结构非线性有限元模型,使用Koh-Kelly力学模型考虑隔震支座水平和竖向力学性能的相互耦合,进行隔震结构在近断层水平–竖向地震联合作用下的动力响应分析,评估不同隔震层参数对隔震结构动力响应的影响。

近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动,对隔震结构动力响应的影响不同。选取含有向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲、无速度脉冲的近断层地震波作为地震动输入,对一个5层钢框架层间隔震结构模型进行模拟地震振动台试验。结果表明,层间隔震结构在含脉冲近断层地震作用下的动力响应,明显大于无脉冲近断层地震;向前方向性效应与滑冲效应对结构地震响应的影响与结构周期相关,对于中短周期结构,向前方向性效应相对滑冲效应引起的结构响应更大,对于长周期结构,则相反;层间隔震技术能有效地减小结构地震响应,隔震层上部结构的减震率大于下部结构,减震效果随着隔震层位置的升高而降低。

近断层区域减隔震铁路桥梁地震动强度指标选取研究

为选取适用于近断层区域减隔震铁路桥梁的地震动强度指标,完善近断层区域减隔震桥梁基于性能抗震设计方法,从NGA-West2数据库中选取了236条近断层脉冲地震记录作为输入地震激励,采用单自由度Bouc-Wen非线性模型模拟减隔震桥梁力学特性,应用MATLAB编制计算程序,对强度折减系数R=1~8,初始周期在0.5~3 s范围内的Bouc-Wen单自由度模型进行了非线性时程分析。然后选用位移响应峰值结果作为地震工程需求参数,基于相关性、可行性、有效性三项评判准则评价了25个地震动强度指标的合理性。研究结果表明:近断层区域,短周期(0.5~1 s)减隔震桥梁选用有效峰值速度EPV进行抗震分析和评估较为合理;中等周期(1~2 s)减隔震桥梁宜选用Fajfar指标IF;有效峰值位移EPD可作为长周期(2~3 s)减隔震桥梁抗震分析和评估推荐指标;在全部周期(0.5~3 s)范围内,峰值速度PGV均适用。

近断层区桥梁组合使用板式橡胶支座和黏滞阻尼器方法探讨

选择具有脉冲性质的近断层区地震动记录和无脉冲地震动记录作为地震输入,考察了近场脉冲型地震动对我国常见的板式橡胶支座类型桥梁地震反应的影响。针对国内外抗震规范及学者提出的橡胶支座与黏滞阻尼器组合使用方法,研究了近场脉冲型地震动作用下板式橡胶支座桥梁组合使用黏滞阻尼器的减震效果,探讨了橡胶支座与黏滞阻尼器组合使用时可能存在的问题。结果表明,近场脉冲型地震动对桥梁结构地震反应影响明显,显著增大了板式橡胶支座桥梁的墩柱地震力、梁体地震位移及梁体残余位移;组合使用黏滞阻尼器方法虽能一定程度上控制梁体地震位移及残余位移,但同时以增大墩柱地震反应为代价;近场脉冲型地震动作用下,板式橡胶支座桥梁支座滑动后整桥体系缺乏自恢复力、震后存在梁体残余位移,组合使用黏滞阻尼器无法根本解决,可在支座与墩、梁间设置连接措施加以改善。