非一致地震激励下大跨度斜拉桥的响应特性

基于平衡随机地震动场理论,研究了地震动空间变化,包括行波效应,相干损失和局部场地条件,对大跨度斜拉桥地震响应特征的影响,采用拟激励方法计算结构的随机响应,计算的响应量包括塔顶位移,塔底弯矩,辅助墩底弯矩等,得到的主要结论是：与一致地震激励相比,地震动空间变化可以使斜拉桥的地震反应改变 达40％,仅考虑行波效应可以得到响应的偏于保守的估计值,局部土场地条件的对斜拉桥的地震反应有重要影响,当各塔,墩处的土质条件差异较大时需进行详细的抗震分析。     

多点激励反应谱法的理论研究

基于虚拟激励原理建立了多点激励反应谱法。该方法所表示的结构地震动反应由三部分组成,即拟静力响应、动力响应及二者的耦合响应,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应主要是由结构在地面加速度作用下引起的;当结构自振周期小于2s时,拟静力响应与动力响应之间的耦合项可以忽略。该方法计算公式形式简洁,物理意义明确,且与我国现行《抗震规范》中的一致激励反应谱建立了定量关系。在推导过程中,未做任何特殊简化,因而该方法在理论上是严密的。     

大跨度空间网格结构多点输入反应谱计算方法的研究

根据大跨度空间网格结构的特点,忽略拟静力反应项与动力反应项的耦合项,提出了多点输入反应谱计算的简化方法.该方法所表示的结构地震动反应主要由拟静力响应和动力响应两部分组成,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应部分主要是由结构在地面加速度作用下引起的,它在形式上与传统的一致输入反应谱保持一致,但考虑了多点输入的影响.结果表明,简化方法是可行的,它一方面减少了计算工作量,另一方面又保证了计算精度.     

建筑结构基于Clough-Penzien谱的随机地震动响应的简明解析解法

针对建筑结构基于Clough-Penzien(C-P)谱下的结构随机地震动响应既有方法复杂的现状,提出了一种简明解析法.C-P谱是将场地的地震动看作基于白噪声激励的两个关联的滤波方程,较准确地模拟场地的平稳地震动特征.首先,提出将C-P谱滤波方程组与建筑结构的运动方程联立,实现了不易求解的非白噪声激励精确转化为简明的白...     

老山奥运会自行车馆在多维多点输入下的响应分析和可靠度分析

考虑地震动两个水平分量和一个竖向分量,同时考虑了地震动场的空间相关性,用时程分析法对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的动力响应分析,考查了两种输入方法下结构响应的差异以及视波速对这种差异的影响.另一方面,本文在快速多点输入反应谱法的基础上,对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的构件层面上的抗震可靠度分析,考查了两种输入方法下危险杆件在结构分布、数量等方面的差异以及危险杆件随视波速的变化关系.得出以下结论:采用地震动的多点输入法,导致整个结构的内力分布更加均匀;两种输入方法下,杆件内力可靠指标明显降低的杆件有相当一部分位于支承附近区域;会产生一定数量的"一致输入下安全而多点输入下危险"的杆件,且它们大多分布于支承区域附近.     

爆炸地震动的反应谱拟合

本文提出采用拟动力试验方法解决爆破工程和防护工程中由于炸药爆炸和核爆炸地震动而引起的安全问题和结构抗震问题,并提出采用该方法时应解决的爆炸地震动的设计反应谱和爆炸地震动人工模拟的反应谱拟合技术。     

设置连接阻尼器的相邻结构随机地震动响应的简明封闭解

针对两相邻结构间设置连接阻尼器对结构的减震影响问题,研究了基于Kanai-Tajimi谱地震动激励下的Kelvin型粘弹性阻尼器与相邻结构形成的组合体系的随机地震动系列响应(绝对位移及层间位移)的简明封闭解。首先,利用Kelvin型粘弹性阻尼器本构关系及Kanai-Tajimi谱的滤波方程,将组合体系基于复杂地震动激励精确转化为基于简明白噪声激励的运动方程;其次,利用复模态法获得了组合结构相对于地面的绝对位移、层间位移等系列响应方差及0阶~2阶谱矩的统一简明封闭解。最后,通过算例及与虚拟激励法进行对比,证明本文方法的正确性和简明性;通过与未设置阻尼装置结构体系的动力响应对比,说明了阻尼装置对相邻结构具有良好的减震效果,但局部楼层的层间位移及层间剪力会有所增加。     

大跨率桥梁直接考虑拟静力位移影响的随机地震反应分析

对 Duhamel积分引入了改进的脉冲响应函数 ,建立了激励演变谱矩阵与总动力响应演变谱之间的关系 ,并对实际大跨度斜拉桥进行了数值计算。这一成果实现了全面考虑各种地震动时空变化特性下的直接求解结构总动力响应的时域法和频域法计算列式 ,使得地震动多点激励下考虑拟静力位移影响的结构响应计算过程大为简化。     

序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征分析

现有的结构地震反应分析通常只考虑主震作用,而在历次震害中余震导致建筑物破坏加剧甚至倒塌的事例时有发生.将实测主震加速度时程和余震加速度时程,采取首尾相连、中间间隔零幅值时程的方式模拟主、余震序列地震动,以某98m高的复杂高层结构为背景,分析了主、余震序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征,对比了主震作用、余震作用、以及主余震序列地震动作用下结构反应的差异.结果表明:余震对结构损伤加重的影响在各楼层间分布不均匀,主震作用下损伤严重的楼层,在余震作用时的损伤加重程度更大;余震作用使结构的残余位移发生了变化,结构的损伤加重;序列地震动作用下结构的塑性损耗指标较对应主震单独作用时有较明显增大.     

空间桁架结构等效连续体建模及固有特性分析

针对空间桁架天线的结构特点，基于能量等效原理分别建立了不带底板和带底板的空间桁架结构的等效梁连续体模型。将胞元横截面上任意点的位移用横截面中心处的位移分量线性表示，求得胞元的应变能和动能；基于能量等效原理利用哈密顿原理建立桁架天线结构的等效连续体动力学方程，求解得到等效连续体模型的固有频率和振型表达式；利用有限元方法对桁架结构进行仿真分析，并将仿真结果与等效连续体模型计算结果进行对比分析。结果表明，等效模型结果具有较好的精度，从而验证了等效连续体梁模型的正确性。研究结果可为大型空间可展桁架结构的动力学设计提供论支撑。     

Fragility analysis of bridges under ground motion with spatial variation

Seismic ground motion can vary significantly over distances comparable to the length of a majority of highway bridges on multiple supports. This paper presents results of fragility analysis of highway bridges under ground motion with spatial variation. Ground motion time histories are artificially generated with different amplitudes, phases, as well as frequency contents at different support locations. Monte Carlo simulation is performed to study dynamic responses of an example multi-span bridge under these ground motions. The effect of spatial variation on the seismic response is systematically examined and the resulting fragility curves are compared with those under identical support ground motion. This study shows that ductility demands for the bridge columns can be underestimated if the bridge is analyzed using identical support ground motions rather than differential support ground motions. Fragility curves are developed as functions of different measures of ground motion intensity including peak ground acceleration, peak ground velocity, spectral acceleration, spectral velocity and spectral intensity. This study represents a first attempt to develop fragility curves under spatially varying ground motion and provides information useful for improvement of the current seismic design codes so as to account for the effects of spatial variation in the seismic design of long-span bridges.     

土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析

为研究地震作用下地铁车站及其上盖结构体系的地震反应特征，本文以一典型的地铁车站及上盖结构体系为背景，采用ABAQUS软件建立土-地铁车站及其上盖结构体系的三维有限元模型，利用等效线性化方法考虑土的非线性，以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入，对土-地铁车站及其上盖结构体系进行了地震反应分析，比较了不同类型地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系地震反应的差异，探讨了竖向地震动效应和转换梁刚度的影响．本文的算例结果表明：与普通基岩波和El-centro反演波输入相比较，在长周期基岩地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系的内力响应和位移响应均最大．这一地铁车站及其上盖结构体系的薄弱部位位于地铁车站底层第2列、第3列柱的柱端和侧墙与底板连接处．竖向地震动对地铁车站及其上盖结构体系中柱的轴力响应值有较大影响．对于本文的动力计算工况，适当弱化转换梁刚度可降低上盖结构层间位移角的动力响应值．     

Seismic behaviour of isolated multi-span continuous bridge to nonstationary random seismic excitation

This paper concentrates on the results of responses of a multi-span continuous bridge isolated with double concave friction pendulum bearings subjected to non-stationary random seismic excitation characterized by the incoherence, the wave-passage, and the site-response effects. The earthquake excitation is modelled as a non-stationary random process as uniformly modulated broad-band excitation. To perform the seismic isolation procedure, the double concave friction pendulum bearings which are sliding devices that utilize two spherical concave surfaces are placed at each of the six support points of the deck. The non-stationary response of the isolated bridge is compared with the corresponding stationary response in order to study the effects of non-stationary characteristics of the earthquake input motion. Solutions obtained from the stationary and non-stationary stochastic analyses for the isolated bridge to spatially varying earthquake ground motions are compared for the special cases of the earthquake ground motion model. The spatially varying earthquake ground motions are described stochastically based on an empirical coherency loss function and a filtered power spectral density function. The site effect is considered by a transfer function derived from one dimensional wave propagation theory. It is observed that the stationary assumption is reasonable for the considered ground motion duration.     

大跨度结构抗震分析方法及近期进展

对反应谱方法、随机振动方法和时间历程法应用于大跨度结构 抗震分析时的特点作了分析和对比。研究表明,地震地面运动的空间 变化效应(特别是行波效应)对大跨度结构的响应有相当大的影响。反 应谱方法对多点激励地震分析显得相当困难,而随机振动方法则有明 显的优越性。对于强震作用下的大跨度结构非线性地震响应,时间历 程法在现阶段仍应是主要的分析方法。     

Efficient and accurate procedure for selecting ground motions matching target response spectrum

Linear and nonlinear response history analyses have become popular in seismic design and seismic performance evaluation procedures. The accuracy of analysis results depends not only on the accurate analytic models for structures but also on the proper selection of input ground motions. The purpose of this study is to develop a computationally efficient and accurate procedure for selecting ground motions considering the target response spectrum mean and variance, and the correlations between response spectra of different periods. In this procedure, a number of response spectra are simulated equal to the number of ground motions to be selected, using a Monte Carlo simulation. Subsequently, ground motions are selected from a ground motion library to individually match the simulated response spectra, using the proposed selection procedure. This procedure is computationally efficient and accurate in selecting a ground motion that best matches a simulated response spectrum and in determining a scaling factor for the selected ground motion. In order to further improve the selection result, multiple sets of simulated response spectra are considered. The accuracy and efficiency of the proposed procedure are verified with numerical examples.     

近断层地震动作用下地铁车站中柱减震效果研究

为研究近断层地震动作用下地铁车站中柱减震效果,本文首先从PEER 强震数据库中选取我国台湾集集大地震中典型近断层地震动记录,进行了近断层地震动频谱特性分析．然后,以某地铁车站为背景,分别建立中柱安装橡胶隔振支座和没有安装橡胶隔振支座的土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型．在此基础上,选取4 条具有明显脉冲特性的近断层地震动记录和El Centro 波作为输入,对土-地铁车站结构相互作用体系进行了地震反应分析,对比分析了减震模型和原型结构的位移响应和应力响应等结果,探讨了近断层地震动作用下地铁车站中柱的减震效果．结果表明：近断层脉冲型地震动具有较大的加速度、速度和位移时程幅值,并有明显的速度脉冲效应,0.1~1 Hz 的低频成分丰富;在地铁车站中柱柱端安装橡胶支座后,改变了车站结构的传力机制,使得顶板的内力及变形不能有效的传递到中柱上,起到了非常明显的减震效果;中柱增设橡胶支座后结构整体刚度变小,车站结构侧墙内力和水平变形较原型结构有明显增大．     

地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响

为探讨近断层地震动的速度脉冲对结构抗震能力的影响特征，以某高温气冷堆核电厂结构为研究对象，利用有限元软件建立线性三维模型，选择4组具有速度脉冲特性的近断层地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入，对模型进行动力时程分析，对比在有、无速度脉冲地震动作用下模型的地震反应。研究发现，虽然反应过程中结构仍处于弹性阶段但是地震动的速度脉冲对结构的位移反应具有一定的不利影响，这一点与已有的基本认识不同。因此对于需要安装对位移反应较为敏感设备的高温气冷堆核电厂房，应充分关注地震动速度脉冲对结构反应的影响。     

Stochastic seismic response of long-span structures

In this paper, dynamic responses of long-span structures subjected to the action of earthquake with realistic wave speed are analysed. The horizontal or vertical ground motion due to earthquakes is assumed to be a stationary stochastic process, and the seismic waves travel along a horizontal straight line. Expressions for calculating the psd(power spectral density) matrices of structural displacements and internal forces are derived based on three dimensional FEM structural models with the ground motion phase-lags taken into account. A numerical example is given which shows that it is of great importance to consider the effect of the ground motion phase-lags for long-span structures.This work was supported by the National Natural Science Foundation of China.