近断层脉冲型地震设计谱应用研究

采用非线性有限元软件SAP2000建立了以一座主跨144m的典型大跨度连续梁桥有限元模型,对比分析了采用TTN(TgTp双周期规准)近断层设计谱和现行中国铁路规范设计谱的结构多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲型地震动激励下结构时程响应结果之间的差异。检验了TTN近断层脉冲型地震设计谱的适用性。研究结果表明:现行铁路规范反应谱未能有效计入近断层脉冲效应,可能极大低估近断层区域工程结构在实际设防水准下的地震响应,导致结构破坏程度超出预期。基于近断层脉冲型地震设计谱的多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲地震动时程分析结果吻合良好,可适用于近断层区域桥梁结构的抗震分析。     

近断层地震动对隔震桥梁地震反应的影响

采用Midas/Civil对隔震桥梁进行了不同类型多维地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对隔震桥梁地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动使隔震桥梁的地震反应明显增大,隔震支座的水平变形较大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;结构的地震反应随着地震动PGV/PGA的增大而近似呈线性增大,其中PGV/PGA对支座位移和梁体位移的影响最大。因而在近断层区域进行隔震桥梁设计时应重点考虑地震动的脉冲效应对桥梁地震反应的影响。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

近断层地震动合成方法及其对超大跨斜拉桥地震响应影响

为研究具有破裂前方效应和滑冲效应的2类脉冲型地震动对超大跨斜拉桥不利响应的影响,提出近断层脉冲型地震动合成的"分解-叠加"新方法,从频谱特性及结构地震响应两方面对该方法的有效性进行了验证。以苏通长江公路大桥为研究对象,分析了脉冲周期、脉冲速度峰值、脉冲数等参数对超大跨斜拉桥地震响应的影响规律。结果表明:近断层地震动高频成分对结构的响应不容忽视,"分解-叠加"法能够反映近断层地震动高频成分及低频脉冲成分对结构响应的贡献;具有滑冲效应的低峰值脉冲可激起主塔的高阶阵型,破裂前方效应地震动主要激起主塔的基本振型;当破裂前方效应和滑冲效应复合作用且两者同时达到脉冲峰值时,结构地震响应最为显著;脉冲速度峰值对斜拉桥主塔内力和位移等响应影响显著;不同脉冲周期的地震动作用下,滑冲效应引起斜拉桥地震响应明显高于破裂前方效应;脉冲个数为奇数的地震动较偶数的地震动对结构响应影响更为显著。     

菲律宾PGN跨海大桥地震动参数及土层地震反应分析

菲律宾位于亚欧板块和太平洋板块的交界处,属于环太平洋地震带,地震活动频繁。在此区域建设超大规模的跨海大桥工程,作为主要的控制条件,地震动参数的合理确定是实现大桥在强震作用下安全稳定的前提,建设场地的地震反应分析和地震动参数的选取直接关系着项目的建设规模。文章以地震危险性分析为基础,通过水平地震动加速度衰减关系方程,求得建筑场地水平向基岩峰值加速度和反应谱,得出重现期为475年的地震动值均值,最后计算场地土层地震反应,完成菲律宾PGN跨海大桥的工程抗震设计所需要的地震动参数。     

近断层地震动下减隔震桥梁地震反应分析

为了解采用减震榫和拉索限位器的连续梁桥在近断层地震动下减震系统的减震效果,以1座(40+64+40)m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为背景,采用结构分析软件SAP2000建立了考虑邻梁碰撞效应的动力弹塑性计算模型,通过输入具有速度脉冲特性的近断层地震动和无速度脉冲地震动进行非线性时程反应分析。结果表明:在具有速度脉冲效应的近断层地震动下,采用减震榫和拉索限位器的组合减震系统可以起到较好的减震效果,其减震率可以达到60%以上;具有速度脉冲效应的近断层地震动对减震桥梁会产生更强烈的地震反应,也更容易引起邻梁碰撞,忽略碰撞效应将会高估减震效果。     

基于修正反应谱高墩连续刚构桥地震响应研究

在长周期地震动低频成分的作用下,桥梁会产生剧烈的地震反应。结构在进行反应谱分析时,相关规范中反应谱并未特别考虑长周期地震动这一重要因素。通过比较发现,按规范计算的相对位移反应谱在长周期段位移随自振周期线性增加,与实际地震动记录的变化趋势和统计特征差异明显,说明按规范计算的反应谱出现严重失真现象。该文选取考虑长周期地震动因素共612条各类场地的地震记录进行统计分析,提出衰减指数线性变化的修正方法,对规范设计反应谱进行合理修正,并确定了修正反应谱公式的相关参数。通过建立某高墩连续刚构桥CSiBridge动力有限元模型对修正反应谱进行验证,在E2地震作用和考虑三向地震作用下,该文分别对桥梁进行规范反应谱、修正反应谱分析和普通地震动、长周期地震动时程分析,比较结构的位移和内力响应结果,验证考虑长周期地震动因素的修正反应谱比规范反应谱更加合理安全,可为实际桥梁的抗震设计提供参考依据。     

近场地震作用下桥梁结构动力响应研究进展

针对当前近场地震动特性和桥梁近场地震动响应方面的研究进展，从近场地震动强度指标、地震动拟合、地震动反应谱特征3个方面综述了近场地震动特性的研究现状，并梳理了梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等不同结构型式的桥梁在近场地震作用下的动力响应特性研究进展，论述和比较了相关研究方法，总结归纳了现有近场地震作用下桥梁结构动力响应在今后有待进一步深入研究的若干问题及发展方向。     

高墩大跨连续刚构桥长周期地震响应对比研究

为研究长周期地震波对高墩大跨连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSEES平台建立了考虑材料和几何双重非线性的全桥动力分析模型,针对远场谐和型、近断层脉冲型和近断层滑冲型3类长周期地震波,与现行规范协调的普通地震波和人工波等5类共20条波进行非线性时程对比研究。结果表明:长周期地震动对高墩关键截面内力响应的放大作用非常明显,低频成分最丰富的远场谐和型地震波的内力计算值为普通波和人工波的2~4倍;而对高墩位移响应的放大作用比内力更显著,远场谐和型地震波的墩顶位移值超过普通波和人工波的20倍,导致支座剪断破坏;以现行规范反应谱为基准进行抗震设计,会大大低估高墩桥梁的地震内力和位移响应需求,引发灾难性的后果。     

黑水河特大桥工程场地地震安全性研究

针对白鹤滩水电站黑水河大桥改造工程现场进行了地震安全评价。内容包括区域地震构造与区域地震构造背景研究;确定地震带和潜在震源区大小的分布函数;确定潜在震源区对场地基岩地震加速度峰值的贡献概率,给出不同超越概率的地震动加速度的峰值和反应谱;在拟合基岩谱后,得到了场地设计的地震动参数,设计并合成了地面运动的时程曲线。研究成果为桥梁工程的抗震设计和分析提供了科学依据。     

跨断层独塔斜拉桥的非线性地震响应特性研究

跨越活动断层的桥梁结构面临地震时断层错动的严重威胁.为合理模拟跨断层地震动的滑冲效应脉冲,基于近断层脉冲型地震动的分解-叠加方法,发展了一种可体现场地高频特征的跨断层地震动合成方法.首次采用最大位移与永久位移之比作为波形参数,基于搜集的96条包含永久位移的地震记录,建立了波形参数与脉冲参数之间的联系.结果表明:所建议方...     

近断层多脉冲地震作用下桥梁墩柱地震风险分析

桥梁墩柱是桥梁结构中的关键构件,为研究近断层多脉冲地震动对桥梁墩柱地震风险的影响,采用场地地震危险性、结构地震易损性和结构震后损失3项参数进行综合评估,以PGA为地震动强度指标,分析某8度设防场地的地震年均发生概率,利用OpenSees建立某桥梁墩柱有限元模型并给出其结构的易损性曲线,结合损失比得到桥梁墩柱结构的年均预期损失比分布对比曲线和年均预期损失比。结果表明:随着地震动强度的增大,其对应的年均发生概率反而减小,在小于0.3g范围内的年均地震动发生概率最大;能量最强方向地震时程对应易损性曲线的上限,水平最强方向上的显著小波分量不适合分析桥梁墩柱结构的地震风险,水平单向地震动低估了墩柱的年均预期损失比;对于桥梁墩柱的地震风险而言,能量最强方向上的地震时程对应着桥梁墩柱地震风险的最不利情况。     

综合管廊抗震分析研究进展综述

针对目前城市综合管廊建设方兴未艾、抗震防灾需求日益凸显的现状，总结评述目前综合管廊抗震分析的研究进展。首先，归纳总结综合管廊结构的震害特点和关键影响因素，并在此基础上对国内外综合管廊抗震研究的发展历程和重要突破进行综述；然后，重点从影响综合管廊地震响应机制的关键要素出发，即从输入地震动特征、工程场地特性、管廊结构形式与构造特点3个方面对综合管廊抗震研究现状以及存在的不足之处进行综述；最后，对综合管廊减隔震研究现状进行讨论。研究表明： 1)输入地震动特征会对综合管廊地震响应产生显著影响，对于浅埋结构还应关注地表Rayleigh波的作用； 2)工程场地特性研究聚焦在饱和液化地层、断层破碎带等不利场地条件对综合管廊结构地震响应的影响机制方面； 3)新型管廊结构形式和节点构造层出不穷，但目前的研究工作主要关注管廊结构自身的地震响应特征。建议后续研究重视综合管廊功能性对抗震安全性的需求，进一步加强“结构-功能”一体化抗震性能设计方法与指标体系的研究工作。     

大跨度连续刚构桥抗震响应特性评估研究

为判断已建桥梁结构的抗震特性,迭代拟合了规范反应谱对应的人工加速度时程。分别采用反应谱法及时程分析方法对运营期大跨度连续刚构桥进行了E1级及E2级抗震特性研究,研究结果表明：本桥地震响应低阶参与振型与地震动峰值对应卓越频率值并不吻合,本桥在E1及E2地震作用下,墩身及主梁结构响应值较小,地震动作用下不会发生桥梁碰撞特征。     

宜宾长江公路大桥主桥地震反应分析

结合宜宾长江公路大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序A N SY S,选取空间BEA M 4、LIN K 8及M A SS21单元建立动力计算模型。用子空间迭代法对宜宾长江公路大桥主桥的动力特性进行了计算,根据桥址场地地震动参数,用反应谱法和时程分析法进行地震反应对比分析,并按桥规对结构进行抗震性能验算。结果表明,宜宾长江大桥主桥抗震结构体系采用弹性索体系是合适的。     

粘弹性人工边界在地下结构抗震分析中的应用

地下结构地震反应分析需考虑结构-地基的动力相互作用,其中场地土层的自由场反应分析是确定地震输入的关键问题。以往地下工程实例表明,在结构动力时程计算中,能否有效模拟无限地基边界对结构抗震分析有很大的影响。基于某地下综合体项目进行抗震评估,采用黏弹性人工边界模拟自由场震动响应,克服工程中传统分析里不能模拟场地无限域的缺点。为地下结构的动力时程分析提供可靠数值依据。     

穿越活动断层隧道抗震韧性设计理念与关键问题

历史震害表明，穿越活动断层隧道损坏严重且震后修复或重建难度巨大，提升强震活动断裂区隧道抗震韧性已成为工程建设面临的关键难题。在调研穿越活动断层隧道结构典型震害实例的基础上，总结分析了震害启示并指出穿断层隧道结构抗震设计需要重点关注工程场地地震危险性评估、穿断层隧道抗震设防策略和安全防控措施3个方面；其次，结合文献调研，综述了目前穿断层隧道结构抗震研究相关工作，重点阐述了穿越活动断层隧道抗震分析方法、结构灾变机制认识和抗减震控制措施等方面的研究现状；在此基础上，搭建了穿越活动断层隧道工程抗震韧性的统一设防理念和设计框架，提出以“震前预留、震中稳定、震后恢复”为核心思想的隧道结构抗震韧性设防目标，并进一步考虑强地震动-活动断层位错耦合作用，建立了“场地分区、结构分段”的隧道抗震设防分区准则，提出了面向不同地震设防水准以“抗(减)、让、诱(避)/抢”分阶段的隧道抗震韧性设计思想，从而为穿越活动断层隧道抗震韧性设计提供了全过程防控策略；最后，讨论了目前穿断层隧道抗震研究急需攻克的关键科技问题，并对该领域今后研究工作的发展方向提出了展望。该研究旨在为穿越活动断层隧道工程建设提供面向抗震韧性的统一...     

沉管隧道纵向地震易损性分析方法

目前沉管隧道抗震性能设计仅限于横断面分析,缺乏面向沉管隧道纵向抗震性能评估的地震易损性分析方法。为此,建立沉管隧道纵向地震易损性分析方法及评估指标。首先,合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造,给出了纵向地震易损性分析模型,其中沉管管节结构采用宏观梁单元模拟,沉管接头采用细观精细化模型模拟,宏-细观模型之间需满足连续性约束方程,地层采用非线性弹簧单元模拟,并通过等效线性化方法来描述地层的非线性特征;其次,根据隧道所处场地的地震动特征选择合适的地震动输入,以及相应的地震动强度指标和结构损伤指标,建立基于增量动力分析的纵向地震易损性评估方法及分析流程,可以依据沉管隧道的不同极限状态定义获得用于纵向抗震性能评估的易损性曲线;最后,以某沉管隧道为应用实例,基于该方法建立了沉管隧道纵向地震易损性分析模型及评估指标,通过计算分析得到了表征隧道纵向抗震性能的地震易损性曲线,并开展多因素分析进而揭示了管节分段长度、地震动输入方向、地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。结果表明：沉管隧道所处场地位置处的峰值速度是反映隧道纵向地震易损性特征的最优地震动强度参数;沉管隧道地震易损性与输入地震动波长有关,且管...     

新、旧桥梁抗震设计规范实桥计算比较

为研究桥梁抗震性能,以山西风陵渡黄河公路特大桥的加固抗震设计为例,对89抗震规范和08抗震细则中各项规定进行计算、分析和比较,结果表明用89抗震规范和08抗震细则进行抗震计算结果出入较大.08抗震细则采用了两水准、两阶段设计,由单一的强度抗震设计修改为强度和变形双重指标控制的抗震设计;修订了水平设计加速度反应谱,增加了场地系数、阻尼调整系数、竖向设计加速度反应谱等内容,增加了地震作用分量组合、设计地震动时程等有关规定,取消了89规范中概念模糊的综合影响系数,引入了延性抗震设计和能力保护设计思想,从设计思想上比89规范考虑的更为全面、细致和安全,但参数取值是否合理,值得商榷.