Equivalent linearization parameters of soil-MDOF structure systems subjected to pulse-like earthquakes

In seismic design codes and documents, the period and damping ratio of a linear fixed–base single degree-of-freedom (SDOF) system are tuned to return the dynamic response of a given nonlinear fixed–base SDOF structure through a so-called equivalent linearization method. The period and damping ratio of the equivalent linear system are referred to as equivalent or effective linear parameters (ELPs). These ELPs may vary due to higher modes of the superstructure, the soil-structure interaction (SSI), or the pulse effects of the earthquake ground motions. Hence, this paper focuses on an extension of the equivalent linearization concept to nonlinear soil-multi-story structure systems under pulse-like earthquakes where the whole system is substituted with an equivalent fixed-base SDOF oscillator. To achieve this goal, the underlying soil is assumed as a homogeneous half-space medium and the superstructure is modeled as a nonlinear multiple degrees-of-freedom (MDOF) shear building assuming bilinear behavior for each story. Non-dimensional frequency and aspect ratio parameters are used to enforce the SSI effects in the system. The seismic responses are determined under an extensive ensemble of 91 pulse-like earthquakes for two different ranges of fixed-base structure-to-pulse period ratios, and the ELPs are determined for a range of soil-structure systems throughout a statistical framework. It is found that higher modes have decreasing effects on the ELPs of soil-MDOF structure systems, while the effects of the strain-hardening ratio of each story are insignificant. In addition, the impulsive nature of the ground motions strongly affects the ELPs, and this influence is far more pronounced for structure-to-pulse period ratios between 0.8 and 1.2, i.e., very close to the resonance of the first mode of the superstructure.     

单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究

针对单层平面索网幕墙结构的特点,构造了非线性单质点体系,利用多条地震动记录,采用时程分析方法计算了该类结构在小震、中震和大震下的加速度反应谱。在此基础上,经过统计、平滑处理,得到了适用于单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计的设计地震反应谱和地震影响系数。     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全.通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律.试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁...     

主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构损伤分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生“二次损伤”。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余震序列对结构造成累积损伤及余震对结构造成的增量损伤进行了研究。选取75条真实主震及其余震记录构成序列型地震动输入。同时,采用真实主余震序列中的主震记录,分别采用重复法和随机法两种人工余震构造方法,构造两组人工主余震序列作为地震输入。采用改进的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对结构在主震及其在真实和人工主余震序列作用的损伤进行计算,并对余震产生的结构增量损伤进行评估。进一步以峰值加速度、谱加速度、Arias强度作为主震和余震强度参数,研究了余震与主震强度比与余震增量损伤之间的相互关系。分析结果表明：基于随机法的人工主余震序列会对结构造成最显著的增量损伤;采用余震和主震强度比可以较好地预测余震增量损伤的显著性。     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。     

不同桩基形式高桩码头地震动力损伤振动台试验研究

为研究不同地震动作用下钢管直桩与钢管斜桩高桩码头结构的动力反应特征及桩基结构震损模式,以某典型钢管桩基高桩码头为研究对象,基于相似准则,设计并开展了室内振动台试验研究。研究表明：远场地震动对直桩桩基码头结构的影响较大,而斜桩结构对近场地震动的激励更敏感。地震动作用下,直桩模型无明显损伤迹象;斜桩模型桩体在桩顶处发生断裂,且在固结泥面处发生了屈曲破坏。其破坏原因是：在持续强震荷载的作用下,伴随大变形的产生,大刚度斜桩结构承受了较大的地震作用,桩顶部弯矩瞬时急剧增大,致使斜桩发生断裂,导致结构的脆性破坏,属于非延性设计。基于以上研究,建议在地震动峰值加速度小于400Gal时可采用钢管斜桩高桩码头的结构形式。     

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应对高层钢结构地震反应的影响

为考察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高层钢框架结构地震反应的影响,选择具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作为输入,利用SAP2000软件对一座20层平面钢框架进行非线性时程分析。计算结果表明,含滑冲效应和向前方向性效应的脉冲地震动主要激发结构基本振型反应,而无速度脉冲的地震动能够激起结构的高阶振型反应,而且,脉冲型地震动的结构破坏作用远强于无速度脉冲地震动。最后,引入了单自由度体系的能量耗散系数,从能量耗散和高阶振型影响的角度对钢结构动力反应计算结果和损伤破坏状态给出了合理解释。     

Linear and nonlinear seismic response of a 52‐storey steel frame building

This paper presents the results of a study on the seismic behaviour of a well‐instrumented 52‐storey steel frame building in Los Angeles, California. This building has been subjected to ground motions from several earthquakes among which the records obtained during the 1991 Sierra Madre earthquake and the 1994 Northridge earthquake were selected for this study. Detailed time and frequency domain analyses of the recorded motions from these two earthquakes were conducted to determine the dynamic characteristics of the structure. This information was used to calibrate a three dimensional dynamic computer model of the building. Nonlinear dynamic computer analyses were then employed to investigate the response of the structure during severe ground shaking. The results of this study showed that by performing a linear three‐dimensional analysis, the response of the building during past earthquakes can be reproduced with confidence. The results also show that because of the torsional response of this high‐rise building is not negligible, two‐dimensional analysis is not feasible for reliably predicting its nonlinear response during earthquakes. By further performing a nonlinear three‐dimensional analysis, the state and sequence of damage could also be predicted. The study also included an investigation of the effectiveness of pushover analysis for predicting the nonlinear behaviour of the building. This type of analysis has the deficiency of excluding the participation of higher modes, which is obvious for high‐rise buildings, especially for shaking from near‐field type ground motions. Improvements to the pushover analysis for such a type of shaking were explored. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

抗震设计规范之近断层中小地震影响

近年来发生的中小震级地震中 ,在靠近断层附近观测到的记录中具有显著加速度和速度峰值 ,对结构造成了极大的破坏 ,同时 ,现行抗震设计规范多是以大震级地震记录为基础建立起来的 ,很少考虑断层距对结构地震反应的影响。本文在充分收集近断层地震记录的基础上 ,对近断层中小震级地震动的峰值和反应谱进行了统计分析 ,并和我国的结构抗震设计规范进行了对比 ,指出了现行抗震设计规范的不足之处 ,得出了一些有益的结果 ,为今后抗震设计规范的完善和结构的抗震计算提供了参考。     

双层索系支承玻璃幕墙结构的抗震设计反应谱研究

广泛应用于大型公共建筑中的双层索系支承玻璃幕墙结构是一种新型结构形式。针对这种结构的研究,以往大多侧重于其抗风性能,而对于其抗震性能的研究较少。针对双层索系支承幕墙结构的特点,构造非线性单质点体系,利用多条最不利地震动记录,采用时程分析法计算该类结构在小震、中震和大震下的加速度反应谱。在此基础上,经过统计、平滑处理,得到适用于双层索系支承玻璃幕墙结构抗震设计的设计地震反应谱和地震影响系数。算例分析表明,采用该反应谱所得到的结构地震响应值与时程分析结果较为接近。     

抗震结构的模糊震害预测与损失估计

本文在我们提出的模糊随机振动和模糊动力可靠性分析的基础上,提出了一种抗震结构震害预测与损失估计的实际可行的方法。此方法考虑了预测地震烈度的模糊随机性、地震地面运动的随机过程性,结构震害等级的模糊性和结构在强震作用下的弹塑性。用此方法可以较好地预测抗震结构在使用期限内的失效概率和震害损失,从而为结构以可靠性为主要约束或以“结构造价和损失期望之和最小”为目标的结构优化设计提供了基础。     

建筑物三维分析模型及其用于结构地震反应分析的可靠性

日本理化学研究所地震防灾研究中心与加拿大英属哥伦比亚大学的研究人员合作,共同开发和进一步发展了用于研究结构物地震反应的三维分析模型,并采用该模型编制了计算机程序,用于模拟结构物的地震反应,研究地震破坏机理.运用该分析模型的建模方法和对一设有地震仪的钢筋混凝土框架建筑物进行了分析.通过将分析结果与该建筑物在1994年Northridge地震中的记录和损伤情况进行比较,验证了作者所开发的三维分析模型和计算机程序的可靠性.     

基于建筑抗震设计规范的随机地震动模型研究

适当考虑结构对于地面运动随机过程的影响,将结构影响因子β(T)引入谱密函数表达式中,得到一种修正的随机地震动模型,并对该模型中的关键参数进行了详细研究及数值计算。结果表明,根据规范谱等效原则标定的结构影响因子物理意义明确、应用方便;由修正模型得到单自由度体系加速度反应均值谱与现行规范谱吻合良好。提出的模型具有较高的精度及广泛的应用前景,为结构随机地震反应分析及动力可靠性设计提供了可靠的依据。     

受损框架抗震能力的分析与鉴定

提出了受损框架结构抗震能力的理论分析和鉴定方法,采用损伤指标D测定构件的残余耗能能力,可较好地描述结构在前期地震中的损伤状况和继续经受新一轮地震后的损伤总积累.     

Seismic response and fragility analysis of fiber-reinforced concrete frame-shear wall structure

为研究在关键部位采用聚乙烯醇纤维增强混凝土材料的结构的地震反应,利用Perform-3D软件对一栋10层的框架 剪力墙结构进行单向罕遇地震（50年超越概率2%）作用下的非线性动力时程反应分析。结果表明,随着结构地震损伤程度的增加,纤维增强混凝土的优良性能发挥更加充分,对结构的抗震性能改善作用也更加明显;结构基本周期对应的加速度反应谱强度S_a(T₁)能较好地反映结构的损伤程度,适合作为地震动强度衡量指标。依据FEMA P695建议的增量动力分析方法,对22对地震动记录进行标准化处理和调幅,并通过结构地震易损性函数,给出结构在不同强度地震作用下达到“防止倒塌”极限状态的失效概率。对于框架-剪力墙结构,建议可采用墙肢塑性铰转角作为其“防止倒塌”极限状态地震易损性分析的结构反应参数。     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。     

Effect of soil properties on the seismic damage assessment of historical masonry minaret–soil interaction systems

The interaction between soil and structure plays a crucial role on accurate determination of structures' seismic behavior. The assumption of fixed base structure has been commonly used in traditional design works, and the interaction between soil and structure is thus often neglected. In addition, historical masonry structures particularly built on elastic soil media may be significantly affected seismic behavior of the structure under earthquakes. In this research, the damage distribution on a historical masonry minaret is numerically investigated under horizontal earthquake ground motion. Alaca Mosque minaret was built in 1271 in Bolvadin district of Afyon province. The historical masonry minaret was chosen as the subject of the study. Nonlinear seismic time history analyses were conducted for fixed‐based and different soil properties under horizontal earthquake ground motion. The horizontal (East–West) component acceleration records of Dinar earthquake (Mw = 6.1) that took place on October 10, 1995, were used during the analyses. Maximum displacement, maximum/minimum principal stresses, and damage ratios were determined by nonlinear analyses performed considering fixed base and soil–structure interaction. The analysis results showed that soil–structure interaction had significant effect on the structural behavior of the minaret, such that, the minaret that was expected to get damage in the case of fixed base did not get any damage when soil–structure interaction was considered.     

大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1 352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。     

单开间无构造柱砌体结构房屋振动台模型试验研究

4·20”芦山地震灾区自建单开间砌体结构农房震害非常严重,文章基于典型案例1/6缩尺模型振动台试验研究3层无构造柱单开间砌体结构房屋在地震作用下的震动反应特性与破坏机制。考察模型裂缝开展与自振频率、阻尼比、楼层峰值加速度放大系数、应变监测结果表明：3层单开间农房7.5度小震处于弹性状态,8度小震窗口墙体出现裂缝,6度大震模型出现水平通缝,7.5度中震结构破坏;芦山地震飞仙关波作用下单开间农房震动存在共振放大效应,结构峰值加速度放大系数是El波和人工波作用下的2倍以上;模型结构正面裂缝多于背面裂缝,底层产生水平通缝是结构发生倒塌的关键因素,破坏前无明显变形,为脆性破坏。据此提出单开间房屋结构体系极不合理,共振效应是芦山地震中单开间砌体结构农房遭受重创的原因之一。     

独立式砖箍窑洞振动台试验及动力响应分析

为研究独立式砖箍窑洞的动力响应特性,对一缩尺比例为1∶4的结构模型进行振动台试验.试验选取两条天然地震波以及一条拟合人工波作为输入激励,对结构模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力以及滞回耗能进行分析.结果 表明,地震作用下独立式砖箍窑洞的窑脸面、窑腿以及中拱顶破坏更为严重.随着输入地震动峰...