我国抗震设计规范设计反应谱及谱阻尼折减系数研究

在标准加速度反应谱基础上,研究并建立符合强震反应谱统计特征的谱阻尼折减系数是建立长周期、大阻尼比反应谱的一种实用方法。首先研究总结强震反应谱的统计特征,据此对我国建筑物、构筑物、核电厂、公路桥梁、工业企业电气设备等结构的抗震设计规范反应谱及谱阻尼折减系数的合理性进行定性研究,对已有改进抗震规范谱方案的合理性进行分析。结果表明：周期10 s内的相对位移反应谱值和相对速度反应谱值随阻尼比增大而减小,而绝对加速度反应谱值随阻尼比增大既可能增大也可能减小;我国各类结构抗震设计规范谱阻尼折减系数计算方案不甚合理;对规范谱及由有关学者提出的改进方案谱进行转换仅能得到适用范围有限的拟相对位移反应谱。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

关于不同阻尼比反应谱的研究

回顾了中、美、欧抗震设计规范关于不同阻尼比反应谱的相关规定及其存在的问题。通过理论分析指出,长周期、大阻尼的结构,阻尼力的影响不可忽略,工程设计反应谱应以弹性力为依据进行标定。根据实际地震记录反应谱的综合阻尼调整系数的分析,给出了规范（GB 50011—2001）的反应谱修正方案。     

地震动位移反应谱阻尼修正系数研究

阻尼修正系数（DMF）用于抗震设计规范中校正临界阻尼比高于或低于5%的弹性反应谱。在解耦多参数交叉影响的原则下研究了三个主要地震参数（震级、距离和场地条件）对地震动位移反应谱阻尼修正系数的影响。结果表明，DMF随着结构自振周期增大而逐渐趋近于1；随着震级和距离增大，阻尼比对位移反应谱影响随之增大，DMF曲线更加发散，这意味着通过附加阻尼减小结构地震反应对于大震和远震更加有效；场地条件对DMF的影响仅限于近场范围，但无法归纳出明显的影响规律，且随距离增大，不同场地对应的DMF之间的差异逐渐缩小。通过人工合成地震动数值试验，分析加速度反应谱与位移反应谱DMF曲线，得出结论：地震动频谱分量随频率的相对变化速度，对位移反应谱DMF曲线起控制性作用。最后提出了适宜于抗震设计规范采用的DMF公式，并利用实际强震记录数据拟合了DMF公式中的关键参数。     

地震作用下立体交叉下穿隧道动力响应振动台试验研究

随着国家路网的不断建设与规划,大量铁路隧道或公路隧道近接平行、交叉等工程现象不断涌现,受地形、地质条件以及线路走向等因素的限制,隧道近接交叉的工程问题越来越复杂。以立体交叉草莓沟1#隧道和盘道岭隧道为例,着重选取盘道岭隧道(下穿隧道)为研究对象进行振动台试验,重点分析受上跨隧道影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶、仰拱断面的加速度和应变动力响应特征。在此基础上,以该场区沿线地震动峰值加速度0.15 g加载工况为依据,对环向最大地震应变规律进行分析,根据有效频率加速度计的范围和输入的功率谱振幅,利用SPECTE反应谱分析程序,对交叉中心拱顶和仰拱位置的加速度反应谱的分布规律进行对比分析和研究。试验结果表明:(1)受立体交叉隧道空间位置影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶加速度时程和频谱较仰拱整体响应大,受振有效持续时间较长,空间分布表现为拱顶幅值反响突出的特点。(2)拱顶峰值加速度响应具有叠加效应,其加速度峰值比率表现为明显的非线性、非平稳性增大的特点,地震烈度越高,应变响应越大,拱顶破坏模式表现为交叉段–河侧–山侧的传递演化形式。(3)随着输入地震波增强,隧道仰拱动应变和加速度峰值比率增长变化表现出局部变化性质。(4)隧道围岩对地震波的高频段存在滤波作用,对隧道结构影响较大卓越主频段集中在1~10和11~20 Hz两个低频段,主频段卓越频率的取值为5,12.5 Hz。(5)不同地震烈度时,各特征点处应变峰值大小依次为:拱顶>仰拱>河侧拱腰>山侧拱腰,加速度响应的卓越频率与速度、位移响应三者之间受基频和阻尼影响,从而产生时间和空间等的差异变化,宜鼓励设计过程中提高该隧道的阻尼结构性能,阻尼比建议值取为20%。研究结果可为立体交叉隧道的抗震设计提供一定的理论指导。     

地面运动双向最大加速度反应谱特性研究

在整理当前国内外双向水平地面运动反应谱值代表值后,本文认为考虑了记录仪器所有可能水平放置方向的加速度时程对应的所有单向加速度反应谱值中的最大值是双向水平地面运动反应谱值的最佳代表值,称其为双向最大加速度反应谱值（简称BdM谱值）。建立Ⅱ类场地地面运动数据库,考察Ⅱ类场地不同地面运动类型BdM谱和单向加速度反应谱Und谱的特性差异,结果表明：Ⅱ类场地同一地面运动类型下,二者在谱形上相似,但前者的动力放大系数普遍大于后者,且二者差距随着周期的增大而增大;同一周期谱值的平均值和标准差,前者分别为后者的1.2~1.4倍和1.1~1.4倍。另外,与BdM谱相比,我国规范Ⅱ类场地设计反应谱谱值在第一衰减段普遍偏小,在第二衰减段则低于很多地面运动类型的BdM谱值。因此,以我国设计反应谱作为设计地震力取值依据所设计出的Ⅱ类场地工程结构,其设计地震力取值水准高低不一,从而导致抗震安全性高低不一;以我国设计反应谱为目标谱选择地面运动记录预测出的Ⅱ类场地工程结构的地震反应,危险性水准不一,在统一的性能评价标准控制下,导致其实际抗震性能存在差异。     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

地震动长周期反应谱数值计算方法研究

阐述了国内外反应谱的通用模型及计算方法,并指出其共性问题,简单介绍了等效线性化位移反应谱数值模型,探讨了抗震设计谱的发展趋势以及所涉及的新课题,从而促进抗震设计谱的研究。     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

嘎隆拉隧道洞口段地震响应大型振动台模型试验研究

 洞口段为隧道抗震关键位置,极其容易发生地基失效及结构破坏。通过对嘎隆拉隧道洞口段轴向100 m开展大型振动台模型试验研究,研究结果表明：土体对其卓越频率附近的地震波有明显的放大作用,对地震波高频部分有滤波作用;地震时隧道与土体同步振动,不表现出自身的固有振动频率,惯性力对地下结构地震反应影响不大,故隧道抗震研究的重点是地震下围岩的失效防治,结构抗震设计主要目的是减小围岩失效对隧道产生的破坏;减震层和抗震缝的设置都不会改变结构地震反应的频谱特性,但设置减震层后,结构的峰值加速度增加,加速度放大系数不能作为减震效果的评判依据。研究成果对隧道的抗震设计和减震设计有重要工程应用价值。     

单层平面索网幕墙结构的非线性反应谱

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观、构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点,且结构具有一定的几何非线性。在对其进行抗震设计时,基于线弹性假设的振型分解反应谱法可能具有一定的局限。为此,首先推导地震荷载作用下单层平面索网结构的非线性振动方程和非线性频率,其次通过计算该模型在四类场地最不利地震动作用下的结构非线性响应,得到单层索网幕墙结构的非线性反应谱,将其和线弹性单质点的反应谱进行比较,最后通过与地震模拟振动台试验结果的对比,证明结论的正确性。     

长周期结构地震反应的特点与反应谱

讨论长周期结构地震反应的特点,分析我国建筑抗震设计规范中反应谱存在的主要缺陷。对反应谱进行人为的改变,会导致地震动特性的失真。我国规范反应谱的长周期段由于人为的调整,改变了地震动的统计特性,导致加速度反应谱对应的功率谱在长周期段异常,也导致长周期结构在地震作用下的计算位移偏大。抗震规范所规定的最小地震剪力系数仅与地震影响系数的最大值α_max相关,而与场地类别无关,有悖于软土场地上结构地震反应大于硬土场地上地震反应的一般规律。由加速度谱S_a、拟速度谱S _v和位移谱Sd之间的拟谱关系,给出了具有较长周期段(T延长至约10 s)的反应谱建议,可供规范修订时参考。工程算例表明,依据建议的反应谱进行结构的位移验算是可行的。     

工程结构采用阻尼消能减震的反应谱分析方法

研究了阻尼变化对结构地震反应的影响,建立了考虑阻尼影响的位移、速度和加速度反应谱之间的修正关系,最后给出了阻尼消能结构的减震设计方法。     

Development of Design Response Spectra Based on Various Attenuation Relationships at Specific Location

Peninsular Malaysia is located and lies in a low seismic region. Although Malaysia is not located in the active fault seismic area, it is closed to the Sumatran active seismic zones. Tall building are fIequently felt the tremor generated fTom Sumatran subduction and fault zones especially in the west cost of Peninsular Malaysia such as Johor Bahru, Kuala Lumpur and Penang. Existing design response spectra was developed based on attenuation relationship for each subduction and fault zone. In this study, the design response spectra were developed based on various attenuation relationships for selected location in Kuala Lumpur area, namely, Mutiara Damansara, Bandar Petaling Jaya and Bandar Puteri Puchong. The development of design response spectra based on various attenuation relationships is more reliable in selecting the appropriate attenuation relationship for the study area. Seven attenuations have been chosen and results show that Megawati et al. are the most appropriate attenuation relation for fault zone, where the predicted PGA （peak ground acceleration） is 0.0187 g which is the proposed PGA value for this study area. This study also found that most of soil in the study area can be categorized into SD （stiff soil） according to site classification in the NEHRP 2000 Provision/UBC 97. Bandar petaling Jaya was found to be highest AF （amplification factor） of 3.74 for stiff soil and Mutiara Damansara with AF of 2.67 for very dense soil or soft rock. The proposed design response spectra for each location were developed based on UBC 1997 （Uniform Building Code 1997）. The peak RSA （response spectrum acceleration） of 0.30 g for soil type SD for Bandar Petaling Jaya is the maximum level of acceleration on the soil surface with a period range of 0.10 to 0.52 seconds. All these values can be used for the seismic safety evaluation of existing structures and as a guideline in designing new structures to resist future earthquake, within the study area.     

Seismic response of R/C structures subjected to simulated ground motions compatible with design spectrum

In seismic response analysis of building structures, the input ground motions have considerable effect on the nonlinear seismic response characteristics of structures. The characteristics of soil and the locality of the site where those ground motions were recorded affect the contents of ground motion time histories. This study describes a generation of synthetic ground motion time histories compatible with seismic design spectrum, and also evaluates the seismic response results of multi‐story reinforced concrete structures by the simulated ground motions. The simulated ground motion time histories have identical phase angles to the recorded ground motions, and their overall response spectra are compatible with seismic design spectrum with 5% critical viscous damping. The input ground motions applied to this study have identical elastic acceleration response spectra, but have different phase angles. The purpose of this study was to investigate their validity as input ground motion for nonlinear seismic response analysis of building structures. As expected, the response quantities by simulated ground motions presented better stability than those by real recorded ground motions. It was concluded that the simulated earthquake waves generated in this paper are applicable as input ground motions for a seismic response analysis of building structures. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

反应谱及其发展方向的探讨

反应谱理论明确而简单地反映地震动特性和结构反应特性双重含义,利用反应谱理论进行结构抗震设计,可以把动力问题简化为静力问题。但难以解决大跨度、现代大型复杂结构的抗震设计以及处理非比例阻尼等情况。应用基于虚拟激励法的功率谱,可以方便地解决上述问题。节省计算时间,同时也避免了求解过程中产生的计算精度误差。     

基于中国规范的近断层区抗震设计谱研究

采用211条脉冲型地震动计算得到了保证率分别为50%(平均谱)和84%(平均谱+1倍标准差谱)的近断层地震动反应谱,将得到的反应谱与GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中推荐的近断层区设计谱进行了比较。结果表明,我国抗震规范中针对近断层区给出的设计谱幅值调整方法不能保证近断层区的结构具有足够的安全性,表现为调整后的设计谱值在某些周期段上仍小于实际的近断层地震动反应谱值。根据比较结果,提出了基于我国抗震规范设计谱形式的近断层区抗震设计谱修正方法,通过提高设计谱幅值和限制特征周期最小值来实现修正,将我国抗震规范中的设计谱幅值增大1.5倍、特征周期下限取0.75s(多遇地震)和0.80s(罕遇地震),所提的近断层区抗震设计谱,保证率可达到84%。所提出的抗震设计谱及变形验算的设计建议简单且易于在工程中使用,研究结果可为近断层区的结构抗震设计提供参考。     

规范反应谱长周期部分修正方法的探讨

为将反应谱方法应用于长周期大跨度桥梁结构的抗震设计,本文探讨了对现有公路工程抗震设计规范中地震反应谱的长周期段进行修正的方法.数字化强震记录反应谱的计算结果表明,地震动水平分量的位移反应谱可以有一个明显的峰点.同时当周期无限长时,地震动相对位移反应谱应等于地面运动位移最大值.以此为基础,增加了表达长周期地震动反应谱特性的参数.经过修正和补充的规范化反应谱可用于长周期大跨度桥梁结构的抗震设计.     

隔震结构等效线性化计算方法对比研究

通过10种等效周期及等效阻尼比计算方法、4种阻尼调整系数和5种加速度反应谱组合而成的200种等效线性化设计方法，分别对初始周期在0.6～1.5s之间、屈服位移在2～11mm之间的100个单自由度隔震模型进行位移估算，并与时程分析结果进行对比。结果表明：采用拟合中国加速度反应谱人工波计算隔震体系的延性系数较采用拟合美国、日本和欧洲加速度反应谱人工波计算结果大，具有较高的安全储备；采用拟合类似美国、日本和欧洲规范中的加速度反应谱与其对应的阻尼调整系数匹配较好，通过选择合理的等效参数计算方法进行等效线性化分析，可以获得精度较高的计算结果；现有的等效参数计算方法和阻尼调整系数方法很难使基于中国规范加速度反应谱的等效线性化分析具有较高计算精度。