地震动记录选择与调整对RC框架结构地震响应影响研究

合理的地震动记录选择与调整是影响结构非线性时程分析结果可靠度的重要因素之一。选择7组地震动记录分别运用谱匹配方法和按结构基本周期对应谱加速度Sa(T1)调整方法进行调整,并分别对5层和11层钢筋混凝土平面框架输入调整后的地震动记录,进行单一强度水准下的非线性时程分析,提取结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为工程需求参数进行了离散性分析和偏差研究。分析结果表明,选择合理的地震动记录进行调整和对目标谱的匹配可以减小结构地震响应分析结果的离散性,且响应分析结果不会出现较大程度的偏差|相同强度Sa(T1)下,结构地震响应分析结果随条件谱谱形参数ε的增大而减小。     

基于规范谱拟合的人工地震动持时对RC框架结构抗倒塌能力影响

现行抗震设计规范中关于地震动持时的规定不明确,而持时对在罕遇地震作用下结构的非线性地震响应及抗倒塌能力评估影响较大。基于规范反应谱拟合地震动持时分别为20、40、60 s的人工地震波各10条,利用Open Sees分析软件建立了一钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼的三维空间模型,以这些人工地震动为输入进行增量动力分析,得到对应于不同持时记录的结构平均增量动力分析曲线,进而分析其最大顶点位移、最大残余顶点位移和最大残余层间位移角与各地震动记录有效持时之间的相关性,给出了结构在不同持时记录以其基本周期对应的谱加速度Sa(T1)表示的抗倒塌能力,及其与有效持时的关系和不同持时与不同Sa(T1)相应的倒塌概率。分析结果表明:当地震动强度水平相同时,较长持时的地震动记录可使结构产生较大的层间位移角和较高的倒塌概率,并且随着有效持时的增加,结构的抗倒塌能力呈降低趋势,而位移需求并不能完全说明持时对结构倒塌发生的影响。     

粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与地震动强度指标相关性研究

为了准确预测和分析粘滞阻尼减震结构的地震响应特性,需选用合适的地震动强度指标控制地震动的输入。本文建立了粘滞阻尼减震双线型SDOF体系的计算模型,选取了22条远场地震波,通过非线性时程分析计算了结构的地震响应,详细分析了粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与18种地震动强度指标的相关性,提出了计算结构的综合地震响应与地震动强度指标相关性的理论公式。研究表明,在0.1sT0.6s周期段,结构的综合地震响应与地震动的峰值加速度PGA相关性较高,建议选用地震动的峰值加速度PGA作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标;在T=0.6~2s周期段,结构的综合地震响应与地震动的峰值速度PGV相关性较高,建议选用地震动的峰值速度PGV作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标;在2sT6s周期段,结构的综合地震响应与地震动的第一周期谱速度Sa相关性较高,建议选用地震动的第一周期谱速度Sa作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标。     

超高层混合结构增量动力分析的地震动强度指标

在进行超高层结构设计时,地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据,对结构的安全至关重要,但目前并没有统一的结论,因此,对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义。在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上,提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标■,地震动强度指标■是考虑结构前a%振型质量参与系数的自振周期所对应谱加速度的几何平均值;为了验证地震动强度指标■的有效性,以实际超高层为例,使用PERFORM-3D弹塑性分析软件建立非线性模型并进行增量动力分析,根据各种地震动强度指标的θ_(max)和V_(max)结果进行离散性分析,发现地震动强度指标■用于超高层结构增量动力分析时能有效减少θ_(max)和V_(max)数据的离散性,从而提高计算数据的有效性,为实际超高层结构的应用提供参考。     

考虑余震影响的RC框架结构抗震设计方法

历史地震表明强余震会进一步增大结构的破坏程度甚至使其倒塌，但是我国乃至世界上的所有抗震设计规范均只考虑主震作用而没有直接考虑余震影响。为提出能有效考虑余震影响的抗震设计方法，文章基于主余震设计谱和主震设计谱共设计了12个钢筋混凝土(RC)框架结构。选取50条实际主余震地震动对所有结构进行增量动力分析进而得到结构倒塌易损性，对比分析了主余震、主震影响区域结构的倒塌储备系数CMR，发现仅采用设计谱进行弹性设计会使得主余震影响区域结构的CMR会小于主震影响区域结构。为实现主余震、主震影响区域结构的倒塌储备等效，首先给出了以基本周期T1为变量的Sa, 50% collapse预测公式，然后推导了结构倒塌储备等效方程，并结合设计谱进行数值求解，最后给出了倒塌储备等效条件下以主震影响区域结构基本周期T1,M为变量的主余震影响区域结构基本周期T1,A预测公式，综合使用该预测公式和主余震设计谱可以实现主余震、主震影响区域结构的倒塌储备等效。     

概率地震需求分析的简化方法研究

概率地震需求分析的主要工作是获得不同地震动强度水平下结构地震需求的概率分布。本文采用与结构基本周期对应的线弹性加速度反应谱Sa作为地震动强度指标,结构的位移延性为地震需求指标。通过对大量单自由度体系非线性时程分析结果的统计及回归分析,获得了在给定结构强度折减系数R、周期T的条件下,延性需求的均值和标准差的拟合公式,并建立了概率的等R延性需求谱。基于该谱,提出了简化的概率地震需求分析方法。算例分析表明,建议方法的计算结果与增量动力分析方法的计算结果接近,但计算量却大为减少。     

地震动强度指标选取对IDA结果的影响

增量动力分析(IDA)方法是种基于弹塑性时程分析的参数分析方法,可以反映出结构在地震作用下的动态特性、抗震性能等特性。本文以一栋钢筋混凝土框架结构为例,选取地震动峰值加速度、阻尼比为5%结构自振周期对应的加速度谱值、地震动峰值速度作为地震强度指标,比较分析了不同指标参数对IDA结果的影响,表明以谱加速度数值为指标参数时,评测结构的倒塌性最保守。     

中硬场地两种等效线性地震反应方法的对比

采用传统等效线性化(EERA)和频率一致等效线性(SOILQUAKE)对比分析基岩输入地震动特性对中硬场地地震反应的影响,分析结果表明:弱震时EERA和SOILQUAKE的地表峰值加速度差异基本可忽略;随着基岩地震动强度的增大,二者计算的地表峰值加速度相对差异越显著,EERA给出的地表反应谱在短周期放大效应逐渐减弱,卓越周期处谱值被显著放大;而SOILQUAKE得出的地表反应谱在短周期放大效应并未削弱,反应谱的卓越周期和周期大于0. 7s的谱值与EERA法基本一致。0. 3s加速度反应谱放大系数随基岩地震动强度增大而减小,但EERA放大系数减小过快,SOILQUAKE的表现则更为合理。故EERA对地震动高频的过分滤波作用存在不合理性,SOILQUAKE在地震动高频段的放大作用较EERA表现好。     

基于三向敏感频率的单层球面网壳结构地震动强度参数分析

选择合适的地震动强度参数可减小其与结构响应相关分析结果的离散性。以Kiewitt-8型单层球面网壳结构为研究对象,对算例结构进行谐响应分析,确定结构三个方向的敏感频率;提出基于三向敏感频率的地震动强度参数加速度谱Sa,3d。采用有限元软件ABAQUS对算例结构进行三向地震动作用下的增量动力分析,并对分析结果进行统计分析,从相关性和有效性两个方面对Sa,3d进行评价。结果表明：Sa,3d与单层球面网壳结构的地震响应具有更好的相关性,且具有较好的有效性,建议对单层球面网壳结构,采用Sa,3d 作为地震动强度参数进行增量动力分析。     

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。     

RC框架基于典型相关分析的地震动多元破坏势评估

为了更加全面地评估地震动对结构的潜在破坏势,考虑多个地震动强度参数和多个结构损伤参数对地震动破坏势的影响,提出一种基于典型相关分析的地震动多元破坏势评估方法。为说明所提方法,以具有不同高度和不同抗震设防水平的16个钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用100条真实地震动记录作为地震输入。将与地震动加速度、速度和位移相关的8个地震动强度参数进行对数线性组合,构造成地震动多元强度参数的典型变量。将结构最大层间位移角、整体损伤指数、最大楼层加速度进行对数线性组合,构造成结构多元损伤参数的典型变量。通过使地震动强度参数的典型变量和结构损伤参数的典型变量的相关系数达到最大,获得可以较好评估地震动破坏势的复合地震动参数。研究结果表明：相比于单一地震动参数,复合地震动参数可以更好地评估地震动的破坏势,其与结构损伤的相关性也更强。     

A new proxy for ground motion selection in seismic collapse assessment of tall buildings

Tall buildings are long‐period structures that are sensitive to the long‐period content of ground motions. Selection of appropriate ground motions is an important step in seismic collapse assessment of tall buildings using nonlinear dynamic analyses. Epsilon (ε_Sa) and eta (η) are two spectral shape indicators, which have been recently proposed for ground motion selection in the technical literature. In this study, a new parameter gamma (γ) is proposed, which has considerable correlation with the collapse capacity of long‐period structures having a fundamental period greater than 1 s. This parameter is a linear combination of ε_Sa and the displacement spectrum intensity epsilon (ε_DSI). The parameter γ is obtained and optimized by applying the particle swarm optimization algorithm. Since γ has significant correlation with the collapse capacity of long‐period structures, it can be used as an efficient proxy for ground motion selection in seismic collapse assessment of tall buildings. The results of this study show that ground motion selection considering the new proxy γ causes reduction in the dispersion of structural response and also decrease in the mean annual frequency of collapse, when compared with ground motion selection based on ε_Sa and η. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Reliable fragility functions for seismic collapse assessment of reinforced concrete special moment resisting frame structures under near‐fault ground motions

A collapse fragility function shows how the probability of collapse of a structure increases with increasing ground motion intensity measure (IM). To have a more reliable fragility function, an IM should be applied that is efficient and sufficient with respect to ground motion parameters such as magnitude (M) and source‐to‐site distance (R). Typically, pulse‐like near‐fault ground motions are known by the presence of a velocity pulse, and the period of this pulse (T_p) affects the structural response. The present study investigates the application of different scalar and vector‐valued IMs to obtain reliable seismic collapse fragility functions for reinforced concrete special moment resisting frames (RC SMRFs) under near‐fault ground motions. The efficiency and sufficiency of the IMs as the desirable features of an optimal IM are investigated, and it is shown that seismic collapse assessments by using most of the IMs are biased with respect to T_p. The results show that (Sa(T₁), Sa(T₁)/DSI) has high efficiency and sufficiency with respect to M, R, T_p, and scale factor for collapse capacity prediction of RC SMRFs. Moreover, the multiobjective particle swarm optimization algorithm is applied to improve the efficiency and sufficiency of some advanced scalar IMs, and an optimal scalar IM is proposed.     

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。     

基于系列地震试验基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响研究

为了研究基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响,对1个基础隔震结构模型进行了一系列工况的振动台试验。以隔震结构的减震率为指标,分析近场和远场地震下其减震性能的变化,研究相同地震动强度下平均周期、卓越周期、地震动峰值速度与峰值加速度之比、断层距和地震波方向对其减震性能的影响,分析不同地震动强度和多维地震输入下其减震性能的变化,探讨系列地震下其减震性能的退化。研究结果表明,与远场地震相比,近场地震下基础隔震结构模型的减震率相对较低,其减震性能相对较差;地震波参数中卓越周期、断层距和地震动峰值速度与峰值加速度之比及地震动强度对其减震性能的影响明显,宜作为隔震结构减震性能的主要影响因素;系列地震试验表明铅芯橡胶支座具有良好的抗性能退化能力,可以确保隔震结构的减震性能的稳定性。     

基于概率的单自由度体系震后残余变形计算

准确预测结构的震后残余变形,对于结构震后性能控制及建立考虑可修复性的抗震设计方法具有重要意义。通过对不同参数的双线性单自由度（SDOF）体系分别在100条标准地震动输入下弹塑性地震反应的统计分析,研究了模型参数和地震动不确定性对SDOF体系残余变形和最大弹塑性变形的影响;建立了双线性SDOF体系震后残余变形的概率计算模型。结果表明：不同地震动输入下SDOF体系的残余变形与最大弹塑性变形之比（dR/dm）存在明显的离散性,且离散程度与结构的刚度比、自振周期、相对屈服荷载系数及峰值地面加速度相关;dR/dm的统计分布规律服从对数正态分布,基于该分布函数建立的计算模型可对给定超越概率条件和地震水平下SDOF体系的震后残余变形进行预测。通过典型算例分析认为,可以采用所建议的模型进行SDOF体系震后残余变形分析及可修复性评估。     

双塔连体结构在耦合地震作用下的抗震性能研究

地震作用下双塔连体结构体系的变形和内力分布较为复杂,针对某一大底盘对称双塔连体结构,应用大型通用有限元软件建立结构的整体非线性分析模型,对该结构进行动力特性分析。同时对结构进行只输入水平向地震动、只输入竖向地震动和输入水平竖向耦合地震动三种不同工况的非线性时程分析,通过对比分析三种工况下的动力响应,研究相同烈度、相同水准的不同地震动对结构响应的影响。分析表明,其他条件相同时,在不同地震波作用下,对连体结构竖向位移起主要控制作用的因素不同。通过对计算结果的分析,可以比较全面地掌握连体结构的抗震性能,为连体结构进一步的研究和设计提供一定的理论参考依据。