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。     

弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

几条地震波的归一化时-频反应谱分析

时-频反应谱是地震动幅值、频谱和持时三要素构成的空间三维谱.基于此,本文提出归一化时-频反应谱定义与计算方法,计算三条典型地震波的归一化时-频反应谱,对比分析表明:不同地震记录的时-频反应谱的幅值在时间和周期两个轴上的分布差别很大,具有不同时-频反应谱的地震波可能对结构地震响应产生不同影响;对12层钢筋混凝土框架结构模型进行弹塑性时程分析,通过结构地震反应、结构损伤曲线与输入地震动的归一化时-频反应谱对比,发现结构最大反应并不一定是造成结构倒塌的直接原因,用结构弹性阶段反应最大值进行抗震设计存在一定局限性,从而证明归一化时-频反应谱可有效用来分析地震动特性和结构破坏机理.     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

广西北流Ms5.2地震强震动记录分析

对广西北流5.2级地震中获取的强震动记录进行数据校正、带通滤波处理,计算分析各强震动台记录幅值、震动持时及地震动反应谱特性,并根据水平向合成峰值加速度PGA_H相应的烈度值绘制地震仪器烈度图。结果表明,此次地震记录最大峰值加速度的台站为玉林乌石台,仪器烈度达6度;持时在1.9～32.8 s之间,不随震中距增大而增大;地震动加速度反应谱集中在2～9 Hz,对震中区域低矮钢混结构房子有影响,高层建筑危险性不大。     

近场地震动特性及其弹性与塑性谱的研究

结构在近场地震动作用下的反应和远场地震动作用下的明显不同,这主要是由近场地震动高能量的速度脉冲等特征决定的。通过对110条近场地震动记录的分析．得到了相应的弹性反应谱,并通过对近场地震动和远场地震动作用下结构塑性分析进行对比．得到了以下结论：近场地震动作用下结构的弹性反应谱与规范谱明显不同,尤其在长周期阶段,表明规范谱值偏小;近场地震动作用对结构提出了更高的强度和变形需求。     

工程场地地震安评中加速度反应谱标准化问题的讨论

文中计算了不同地震输入模式下的拱桥地震反应,讨论了输入指定地震波进行时域计算结果和按对应的反应谱进行计算所得结果之间的差异,特别分析了分别按地震波的实际反应谱和经过标定的反应谱计算得到的拱桥地震反应之间的不同.数值结果表明:在工程场地地震安全性评价中,采用标准反应谱的方式所提供的场地地震加速度参数,将会抹杀土层场地动力特性对地表地震动的影响.因此,按此地震动参数进行结构反应计算时,有时会低估结构的地震反应,留下结构抗震不安全的隐患.     

古田地震水口水电站重力坝强震观测记录的谱结构特征

通过对水口水电站重力坝强震反应台站在古田地震中获取的强震反应观测资料进行信噪比、反应谱和功率谱分析,得到如下结论:①大坝在0.7～15 Hz频率段的振动特性较为可信;②坝基和自由场输入地震动富于高频,峰值加速度反应谱存在较大差异;③坝基输入地震动存在差异性,建议今后此类大坝抗震设计时考虑多点地震动输入;④单个卓越频率携带的能量对反应谱影响不大,反应谱是和输入地震动总能量相关的;⑤坝体刚度较大,此次地震中还处于线弹性状态。初步了解了强震记录的地震动特性和大坝结构的抗震性能,对认识水库地震近场地震动特性和重力坝地震反应有一定的参考意义。     

风积土高铁路基震动波的人工合成

地震荷载作用形成的震动波具有非平稳性、随机性等特点。在室内动三轴试验中不能准确将实际的震动波施加给土体试样,也就无法准确研究风积土土体在地震荷载作用时的动力特性。文中首先基于对风积土路基周边地震资料的分析,以与抗震规范相容的功率谱为目标谱,确定需要控制的反应谱的坐标点和反应谱的容许误差,利用三角级数法和快速傅里叶变换法合成了人工地震波;然后利用M ATLAB和震动持时、频率和幅值等实测数据合成了具有一定频谱特性的人工波,从而极大地方便和简化了对震动荷载作用下风积土的动力特性的研究。     

基于HHT变换瞬时能量谱的长周期结构地震反应分析

基于HHT变换得到瞬时能量谱,并以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在地震动作用下的瞬态反应计算。通过对一个长周期(十五层)结构工程实例的地震瞬态反应计算分析,揭示长周期结构有别于短周期结构动力响应的独特特性:长周期结构位移响应的瞬时能量峰值的时间滞后于地震动能量峰值的时间,且主要受到瞬态振动的控制,并以低阶振型的控制为主,第一阶振型峰值位移滞后的时间最长,滞后的时间主要取决于结构的第一阶自振周期。研究结果表明,长周期结构在强烈地震动作用下,地震动强度出现的最大时刻并不总是对应于结构破环与倒塌的时间。     

2021年云南漾濞6.4级地震近场强震动特性分析

选用2021年云南漾濞6.4级地震强震动数据,经校正预处理后,对典型记录的幅值、反应谱和持时进行分析,得到此次地震的地震动特性。结果表明:（1）与我省烈度速报系统自动产出的仪器烈度分布以及实际震害情况相比,近场测点强震动数据所计算出的仪器烈度值与快速仪器烈度分布、现场实际情况基本吻合。（2）三个分量的PGA等值线形态分布大致相似,长轴均沿西北至东南向展开,逐渐衰减,且对于PGA,在近场震中距100 km以内,主震记录高于选用的衰减关系,一定程度上体现了此地震近场高频成分的卓越特性。（3）在震中附近100 km内,结合四个强震动测点距离震中的地理位置可知:随着震中距的增大,地震反应谱峰值周期也在逐渐增大,地震动的高频成分随着距离逐渐衰减。同时,破坏最为严重的区域主要集中在东南方向,其次为西南方向,东北方向基本不受震害影响。（4）此次地震呈中长持时特点,三个分向的持时随着震中距增大而逐渐增加,在震中距超过300 km处逐渐衰减,其中北南方向的持时衰减最快,竖直方向的持时衰减最慢。（5）研究主震地震动持时空间分布,持时受场地条件影响不大,地震破裂主要是沿西北到东南向的右旋走滑,长持时分布在破裂传播方向的东北侧,破裂传播的西北侧持时较短。同时,地震动持时受上盘效应的影响较弱, 在断层上盘和下盘的持时长度没有明显差别, 持时长度都接近拟合得到的平均值。在断层附近持时很小,平均在10s左右。     

近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征

显著的竖向地震动是近断层地震动区别于远场地震动的重要特征之一,为更合理地确定竖向地震动作用,研究了近断层区域竖向地震动的反应谱特征及其与水平向反应谱比值的影响因素.首先,选取1952—1999年世界范围内震级在M5.4—7.6之间的18次地震的地震动记录,研究竖向地震加速度反应谱及其与水平向加速度反应谱比值特征;然后统计分析了断层距、场地条件、震级以及断层机制对竖向与水平向加速度反应谱比的影响.结果表明,一般情况下竖向加速度具有更丰富的短周期分量,并且竖向加速度反应谱衰减较慢;断层距在20km以内的近断层区域、软弱土层场地、中等震级地震和逆断层大震级中长周期范围等条件下,具有较大的竖向与水平向加速度反应谱比值;在近断层区域的结构抗震设计中应充分考虑竖向地震动的影响.     

2018年陕西宁强5.3级地震强地面运动特征及局部场地效应分析

2018年9月12日陕西省宁强县发生5.3级地震,中国数字强震动台网的39个专业台站在此次地震中触发。文章中通过处理捕获的117条三分向加速度记录,给出近场台站的地震动参数,绘制震中附近区域峰值加速度等值线图,其长轴呈西南-东北方向展布。采用实际观测数据与几种常用地震动衰减关系对比,发现霍俊荣衰减预测模型能更好地反映此次地震的影响场。将振幅最大的51GYD台的反应谱与我国抗震设计反应谱比较,采用最小二乘法拟合出不同震中距5个台站各周期谱加速度衰减特性,总结出此次地震的反应谱基本特征。运用H/V谱比法对51GYD土层台和62ZM台阵进行局部场地地震反应分析,研究覆盖土层对地震动的放大作用,及局部地形对峰值加速度和峰值速度的影响过程。     

某高温气冷堆核电厂结构地震反应分析

以某高温气冷堆核电厂结构为原型,利用有限元软件建立三维结构实体模型,开展了模态分析和弹性动力时程分析的数值计算,以探讨某高温气冷堆核电厂的结构特性和抗震性能,并重点分析了在三向地震动作用下高温气冷堆核电厂的加速度、位移反应时程和楼层反应谱.总体上看,高温气冷堆核电厂在两个水平向的刚度比较均匀,楼层反应接近,布局较为合理;在三向地震动作用下,顶层中心点的竖向楼层反应均明显大于两水平方向楼层反应,因此在高温气冷堆核电厂结构设计中,应关注竖向地震动对核电厂地震反应带来的不利影响.     

地震动反应谱与RC框架结构地震响应相关性分析

弹塑性时程分析一般用来评估和验算结构抗震性能,如何选取合适的输入地震动是其中关键工作之一。为给结构弹塑性时程分析选取地震动提供合理的参考参数,本文讨论了地震动反应谱参数与结构地震响应之间的相关性。首先建立了6层和7层两个钢筋混凝土(RC)框架结构数值模型,分别对两个结构进行了大量地震动作用下的时程反应分析,并考察了地震反应特点;然后将结构地震响应与地震动反应谱参数建立关系并进行了相关性分析。结果表明:对RC框架而言,结构地震响应与弹性谱参数相关性较小,与等强度反应谱相关性随标准屈服强度降低而增大,与等延性反应谱相关性随延性增大而增大,而与地震动输入能量谱在标准屈服强度较小时相关性最大。建议RC框架结构在进行地震反应时程分析时,可以参考地震动的弹塑性输入能量谱、等强度速度谱和等延性加速度或位移谱,以选取引起结构不同地震反应水平的输入地震动。本文结果和结论可供结构弹塑性时程分析选取合适的输入地震动参考。     

基于随机地震动模型的结构随机地震反应谱及其应用

本文考虑给定地震烈度下地震地面运动的随机过程性，得强震记录统计确定的地震持时和我国地震规范采用的地震地面最大加速度平均值，确定了平稳过滤有色噪声地震动模型的参数；通过大量计算和回归分析，得到了单质点振子均方地震位移的实用计算公式，提出了随机地震反应谱，等效随机地震静荷载及结构地震随机反应和可靠性分析的实用方法，把结构在随机地震动作用下的动力可靠性分析转化成了结构在等效随机地震静荷载作用下的静力可靠     

新型空冷支架结构体系抗震性能的理论分析

随着火电厂大容量机组的出现,传统钢桁架+钢筋混凝土管柱形式的空冷支架结构已不能满足结构性能要求,实际工程中出现了钢斜撑+钢桁架+钢筋混凝土管柱的新型空冷支架结构体系。以三边悬挑新型空冷支架结构体系为例,建立SAP2000有限元模型分析其动力特性,并与传统结构体系进行了对比;通过反应谱及弹性时程分析,对比了地震作用计算结果的差异;建立ABAQUS弹塑性有限元模型,分析了不同强度地震动输入下结构的整体变形性能及管柱变形性能。本文可为新型空冷支架结构体系在工程中的应用提供理论参考。     

关于改进我国抗震设计反应谱的探讨

本文回顾了地震反应分析理论发展的三个阶段,指出反应谱理论仍然是许多国家现阶段抗震设计的理论依据,我国规范也主要采用反应谱法进行抗震设计分析。进一步讨论了反应谱与抗震设计反应谱的联系和区别。把我国《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》中有关地震影响系数分别与ISO 3010:2001(E)和美国的建筑抗震设计规范中的地震影响系数做了对比,发现我国规范有些地方考虑得还不够全面,还需要不断地完善。提出在抗震设计中运用地震动参数代替地震烈度来进行计算能更好地反映工程实际情况。     

设计地震动反应谱长周期区段确定方法的探讨

本文比较了GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中的地震影响曲线和GB18306-20《中国地震动参数区划图》中使用的设计地震动反应谱,并参考实际工程场地的地震动反应谱,探讨了长周期结构工程地震安全性评价工作中的设计地震动反应谱长周期区段的确定方法。     

重大工程设定地震动确定

概率一致反应谱通常高估设计地震动的中长周期成份,不能真实代表地震环境下的样本实现,为了合理地估计设计地震动反应谱,本文结合工程结合的动力特性和峰值加速度的经验设防标准,建议了一种重大工程设定的地震确定方法,然后依据设定地震和地震动衰减关系确定设计地震动反应谱。