基于实际记录检验的近断层区结构抗震设计谱研究

由于长周期大幅值脉冲型运动效应、方向性效应等显著特征,近断层地震动和远场地震存在明显差别,近场区的设计地震动需专门研究.文中建立了包含世界范围内23次主要地震事件中338条水平向记录的近场地震动数据库,对中、美相关的代表性抗震规范的设计反应谱进行了场地分组下的实际地震动检验,表明现行各规范与近场需求存在较大差别,难以直接适用于近断层区的结构抗震设计.通过引入考虑近场地震动效应的近断层系数、衰减指数,分别对设计谱平台高度和中、长周期段衰减速率进行修正,并通过对特征周期的取值进行调整,给出了适用于近断层地区结构水平向抗震设计谱的建议.对比检验表明,所建议的设计谱和实际近断层记录分组均值谱吻合较好,并与代表性的跨越断层区典型高速公路桥梁桥址抗震设计谱相一致,可适用于近断层区域工程结构的抗震设计.     

小半径曲线连续刚构桥梁的简化抗震计算探讨

为了探讨小半径曲线连续刚构桥梁在抗震计算中采用直梁代替弯梁的简化计算,以一座(80+2×120+80)m的小半径连续刚构桥为例,比较了0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七种水平地震输入方向地震荷载工况下的直梁、弯梁模型的动力特性和地震响应。计算结果表明,在任意水平方向输入地震动时,构件的地震响应最大值均可能出现,因此可通过改变地震动输入方向来确定地震响应最大值;该曲线桥可以按照直线桥进行抗震设计,但需保证最不利截面的设计强度、提高墩顶梁截面的抗剪强度、加强梁端外侧支座的抗震设计强度并约束主梁的横向位移。在满足上述局部构造设计强度的有效条件下,采用直梁代替弯梁对该桥进行简化抗震设计的方法适用可行。     

多层框架结构利用铅芯叠层橡胶支座加层减震分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座进行加层改造的工程实例，在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上，利用Matlab语言编制了弹塑性时程分析程序，输入两条实际地震动记录和一条人工波．计算结果表明：各层位移和加速度响应以及最大层间剪力和最大层间位移均较加层前有所减少，特别是位移响应减少更为明显；同时也验证了该能量优化准则的合理性与有效性．这种加层减震技术既增加了使用面积，又提高了抗震能力，在中低层建筑的改造中具有良好的应用前景，值得推广．     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

混凝土抗震框架变形能力弹塑性可靠度敏度分析

采用杆系 层模型,将改进的计算结构静力可靠度的JC法与Wilson θ法相结合,建立了钢筋混凝土抗震框架侧向变形能力弹塑性时程可靠度算法,并用此算法对影响钢筋混凝土抗震框架层间变形能力弹塑性时程可靠度的结构参数随机变量进行了敏度分析.结果表明,所有结构参数中,混凝土弹性模量和梁、柱截面尺寸的变异性对钢筋混凝土抗震框架层间变形能力弹塑性时程可靠度的影响最大;对于同一结构参数,其变异性对抗震框架层间变形能力弹塑性时程可靠度的影响在整个地震动过程中随时间变化.     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性（EPP）、双线性（BL）和刚度退化（SD）滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

行波效应下连续粱桥随结构参数的响应分析

利用桥梁专用分析软件MIDAS/Civil建立大跨度连续梁桥多点激励数值模拟模型,采用国际上常用的Elcentro波作为加速度时程输入,在考虑行波效应和桩-土-结构相互作用的情况下,利用时程分析法求得结构在主跨跨径、固定墩纵向抗推刚度和边中跨比等结构参数下的响应峰值。通过数值分析比较,表明增大主跨跨径对结构抗震不利,减小固定墩纵向抗推刚度对结构抗震有利,边中跨比对结构抗震利弊兼半。综合分析各种结构参数,主跨跨径对结构抗震最为敏感。     

河口铁路大桥的地震反应分析

以河口铁路大桥为工程背景,采用结构分析软件ANSYS建立三维有限元模型,进行了模态分析;并通过与相同跨度直线桥模态分析的结果对比,分析了该桥的振动特点.在此基础上,运用反应谱法和时程反应分析法,计算了该桥在不同地震动输入方式下的地震响应,并与相同跨度直线桥时程反应分析结果进行了比较,分析结果对于同类型曲线梁桥的结构设计,动力特性以及抗震性能的分析有一定的借鉴意义.     

行波效应下连续梁桥随结构参数的响应分析

利用桥梁专用分析软件MIDAS/Civil建立大跨度连续梁桥多点激励数值模拟模型,采用国际上常用的Elcentro波作为加速度时程输入,在考虑行波效应和桩-土-结构相互作用的情况下,利用时程分析法求得结构在主跨跨径、固定墩纵向抗推刚度和边中跨比等结构参数下的响应峰值。通过数值分析比较,表明增大主跨跨径对结构抗震不利,减小固定墩纵向抗推刚度对结构抗震有利,边中跨比对结构抗震利弊兼半。综合分析各种结构参数,主跨跨径对结构抗震最为敏感。     

抗震结构时程可靠度的遗传模拟退火算法

针对抗震结构时程可靠度分析中功能函数为非线性程度较高的隐式函数的特点，将遗传模拟退火算法与时程分析法相结合，建立了抗震结构时程可靠度分析的遗传模拟退火算法．该算法可以充分考虑结构参数和地震动的双重随机性，可确定任意时刻结构的时程可靠指标．用此方法及Monte Callo法分析了分别受大震和小震作用的三质点钢筋混凝土结构的时程可靠度，结果表明了该方法的有效性．     

近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响,首先,采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动;然后,采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别,研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性;最后,以某大跨度高墩桥梁为例,基于OpenSees建立了其非线性有限元模型,对其进行了非线性地震响应分析,对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响. 研究结果表明:现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动,对于多脉冲地震动,其失效的可能性非常大;近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性,特别是在多脉冲地震作用下,1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%,墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大;近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3～5倍,碰撞力也会增大2～3倍,主梁更容易发生严重的碰撞破坏,在抗震设计时应采取适当防撞措施.      

主塔基础形式对超大跨斜拉桥抗震性能的影响

以泰州过江超大跨斜拉桥为例,就主塔分别采用高桩承台基础和沉井基础两种形式,对比研究桩基础大质量承台参与结构高阶水平向振型的质量参与系数分布、周期分布等特点,输入人工地震动参数,针对两种主塔基础方案采用线性时程分析方法计算桥梁结构控制部位地震反应并进行比较,再就桩基础方案中大质量承台对承台底水平反力的贡献进行时域和频域分析。研究表明,与沉井基础相比,主塔桩基础大质量承台参与结构高阶振动对超大跨斜拉桥动力特性和地震反应有重要影响,特别对主塔基础水平反力有显著的倍增效应,增大了超大跨斜拉桥的地震易损性。     

地震空间变化性对高墩铁路桥碰撞响应的影响

为了研究不同地震动参数对高墩铁路桥碰撞的影响,以一座典型高墩铁路桥为例,基于OpenSees平台采用弹塑性动力时程分析方法对其在一致激励及多点激励下的碰撞响应进行了理论分析.首先,采用Hertz-damp模型充分考虑了结构在碰撞过程中的能量耗散和刚度变化;其次,依据中国桥梁抗震规范并基于"谱兼容"的方法选取了符合不同场地条件的天然地震记录;最后,在此基础上完成了考虑行波效应和场地效应的高墩桥碰撞响应对比分析.研究结果表明:地震动的空间变化性不但会对桥梁结构的内力产生显著影响,还会增大结构的振幅或加剧相邻结构之间的不同步振动,从而显著增大碰撞发生的概率和碰撞力的大小,在桥梁的抗震设计中应考虑其对桥梁结构碰撞产生的影响,否则会错误的估计结构的响应;行波效应会改变地震动的相位角,对梁-梁处的碰撞影响更为显著,特别是视波速较小时,而场地效应会增大地震动的幅值,对梁-桥台处的碰撞影响更为显著,在进行防撞减撞设计时不但要考虑地震动的空间效应,还应充分考虑导致结构不同部位发生碰撞的主要因素,以便采取合适的减撞措施和设计方法.      

框架式钢管混凝土桥墩非线性地震反应分析

以框架式钢管混凝土桥墩及钢筋混凝土空心薄壁墩为研究对象,采用纤维单元建立了框架式钢管混凝土桥墩及钢筋混凝土空心薄壁墩的非线性动力分析模型,输入3条地震波,计算得到了框架式钢管混凝土桥墩与钢筋混凝土空心薄壁墩的线性及非线性地震时程响应,比较了不同类型桥墩地震响应的差异,讨论了框架式钢管混凝土桥墩的地震反应特点。     

场地条件校正的PGA放大系数简化估计方法

地表峰值加速度(peak?ground-motion?acceleration,PGA)是直观反映地震动强度的一个物理量,概念清晰且工程应用方便.?场地条件校正的PGA及其校正方法是特定工程抗震设计需要解决的问题.?为此,选取日本具有地表和井下记录KiK-net台网的32个台站及地震数据,通过对实测地震数据分析,提出了...     

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.