为研究楼板构造对地铁诱发振动响应的影响规律,通过优化楼板构造以减轻结构振动响应的可行性,设计制作了常规楼板、增厚楼板和增设次梁楼板,分别对3个试验楼板开展现场模型试验,研究其在现场地铁振动下的动力响应情况,以常规楼板为试验对照组,分析增大楼板厚度和增设次梁两种构造措施对试验楼板模态特征及地铁诱发振动响应的影响规律。结果表明:共振效应是地铁诱发楼板振动的主要原因;增大楼板厚度和增设次梁均提升了试验楼板的竖向模态频率,并缓解了楼板的共振效应,使板上的时域加速度响应降低;增大楼板厚度和增设次梁均能在较宽的频带范围降低试验楼板的振动加速度级,并分别使计权振动级降低6 dB和4 dB,改善了试验楼板的振动舒适度;增设次梁在不显著增加楼板自重和工程造价的同时,实现了与增大一倍楼板厚度相似的地铁振动减振效果。建议在对新建地铁邻近结构设计时优先考虑对楼板采用增设次梁的构造措施,以降低地铁诱发振动响应并提升楼板振动舒适度。
聚焦于1975年海城地震中两次5.0级以上余震,深入探究地震动方向性特点及其与发震断层的关系,并基于结构测点记录分析了几类结构的反应方向性特点。首先对海城地震的背景进行了阐述,然后基于全方位反应谱、持时谱和输入能量谱等分析方法,对海城和营口的6个观测台站的记录进行了详细分析。研究发现:地震动强度在不同方向上的变化显著,特别是在周期为1.5~3.5 s之间时,海城余震的地震动强度方向性效应比NGA-West2的SB14模型的预测更为显著。长周期(1.0 s以上)的方向性效应尤为突出,在长周期频段,近断层地震动的方向性差异更加明显。在全方位反应谱的高频段中,东西向卓越方向与F2东西向隐伏断层呈现出高度相关性;而中低频段则清晰展现出F1北北西向主断层的方向性特征;结构反应的方向性会因结构自身因素(如结构形式、长短轴方向和场地条件等)而发生一些变化。桥墩地震反应方向性与自由场方向性基本一致,而房屋结构反应方向性存在一定程度的旋转。
为研究高速铁路轨道-减隔震桥梁系统的纵向地震响应及损伤状态,以桥面铺设CRTSⅢ型无砟轨道结构的7跨32 m简支梁桥为研究对象,建立了轨道-桥梁系统有限元模型,通过非线性时程分析获得了系统在不同的地震波、地震动强度及支座类型下各关键构件的地震响应分布规律。结果表明:纵向地震激励下梁体位移呈阶梯形分布,最大值出现在桥跨中心处;扣件位移最大值出现在桥台伸缩缝处,且在每跨梁端伸缩缝处出现极值,扣件位移受不同地震波的频谱特性影响显著。钢轨应力最大值出现在边跨两侧的伸缩缝处,复合板截面正应力由轴力和弯矩分量共同引起。支座及轨道系统进入非线性后,与地震动强度增加幅度相比,易损构件纵向变形的增幅表现出显著的放大效应及分布不均衡性。考虑轨道系统,与摩擦摆支座相比,同球向双球面支座可明显降低扣件、梁体及支座的位移响应;轨道系统对支座位移具有显著的抑制作用。
服役桥梁板式橡胶支座容易发生老化,导致支座力学性能存在时变性,以致地震作用下结构响应发生变化。为探究服役板式橡胶支座力学性能时变规律,采用加速热老化方法对8个板式橡胶支座进行了不同时间的老化处理,探讨了压剪作用下不同老化时间的板式橡胶支座的水平力-位移滞回曲线、水平剪切刚度及摩擦系数变化规律,建立了一座3跨预应力混凝土斜交连续梁桥有限元模型,分析了不同水平地震作用下老化板式橡胶支座刚度及摩擦系数变化对桥梁上下部结构地震响应的影响。结果表明:老化对板式橡胶支座力学性能影响较大,导致支座水平力-位移滞回圈变大,且随着老化时间的增长,支座水平剪切刚度及摩擦系数增加;老化板式橡胶支座力学性能时变性会降低斜交桥上部结构梁体转动位移,但导致下部结构地震力增加,增加了下部结构损伤风险。因此,板式橡胶支座老化问题不可忽视,对于服役桥梁抗震性能评估时需量化板式橡胶支座老化程度。
地震动具有较大不确定性,且同一幅值下不同地震动反应谱具有明显差异,对区域建筑震害估计结果影响显著。该研究开发了适用于多层RC框架结构和设防砌体结构的区域建筑震害模拟程序,可以方便快捷地进行设定地震下的区域建筑震害模拟,并基于此开展了考虑地震动不确定性的区域震害模拟和损伤概率估计。选取赤峰市主城区典型区域为研究区域,选择30条实际地震动作为地震动输入以考虑其不确定性,将地震动幅值分别调幅至设定烈度(0.05、0.10、0.20、0.40 g),分别开展单条和多条地震动输入下的区域建筑震害模拟,分析地震动不确定性对区域建筑震害结果的影响。根据设定烈度下的震害结果,建立了基于Beta分布的区域建筑损伤指数概率密度分布模型。研究结果表明:多条地震动输入考虑了地震动的不确定性,能够更加科学、客观地反映区域建筑的震害情况;建立的Beta分布模型,可以用于估计相似区域建筑的震后损伤情况。研究结果可为区域建筑安全评估和抗震设防等提供参考。
针对传统剪切钢板阻尼器(shear panel dampers,SPD)因焊接残余应力易发生脆性破坏以及薄钢板固有的屈曲破坏问题,提出了一种新型装配式角钢约束型剪切钢板阻尼器(prefabricated angle steel-constrained shear panel damper,PASPD),详细阐述了其构造形式、工作机制及技术特征。设计并制作了2个装配式角钢约束型剪切钢板阻尼器试件,通过低周往复加载试验和有限元模拟分析,研究了该阻尼器的力学性能和破坏模式,并揭示了角钢在该阻尼器中的工作机制。试验结果表明:装配式角钢约束型剪切钢板阻尼器具有稳定的滞回性能和优异的耗能能力;增加腹板厚度虽可延缓角部开裂的发生,但不会改变阻尼器的最终破坏模式;通过角钢对腹板边界进行合理约束,能够优化阻尼器的应力应变分布,使其变形和耗能集中在中部区域;与传统剪切钢板阻尼器相比,PASPD表现出更优的延性性能以及更高的累积能量耗散。有限元模拟分析表明:翼缘连接板与侧边角钢的协同作用能优化PASPD剪切传力路径,引导其腹板应力和应变分布更加均匀,形成理想的腹板剪切耗能机制,以提升PASPD的稳定性和滞回耗能性能。
地震动预测模型是地震危险性分析等研究的重要基础,目前对于中国竖向地震动预测模型研究相对较少,同时,现有地震动预测模型大多采用参数化方程形式,其预测精度可能有限。因此,建立具有更高预测精度与可靠性的中国水平和竖向地震动预测模型是需要进一步深入研究的内容。为解决上述问题,首先以筛选出的1991组中国水平和竖向地震动序列为基础,选用Butterworth非因果滤波方法对中国地震动滤波进行降噪处理;然后基于深度学习方法开发了中国水平和竖向地震动预测模型(CHV-DNN),并对其进行了模型性能、物理特征以及事件内和事件间残差分析等方面的全面评估;最后给出了中国水平和竖向地震动谱型相关系数模型。研究结果表明:CHV-DNN模型事件间残差大部分集中在[-1,1]范围内,事件内残差大部分集中在[-1.5,1.5]范围内,事件内和事件间残差均在残差为0基准线两侧均匀分布,验证了模型的可靠性与准确性;CHV-DNN模型不仅具有较高的预测精度,同时还具有良好的物理特征;基于CHV-DNN计算的相关系数模型较为合理。本研究开发的中国水平和竖向地震动预测模型,将为中国水平和竖向地震危险性分析等研究提供研究基础。
剪力墙结构在地震荷载作用下角部混凝土率先损伤失效是诱发整体结构性能退化的主要因素之一。以型钢-混凝土模块化装配组合剪力墙为研究对象,开展剪力墙模块角部圆弧型钢厚板设计、圆弧型钢厚板加劲设计、折角型钢厚板设计、折角型钢厚板加劲设计4种优化设计方案研究,并与未优化设计方案组合剪力墙的抗震性能进行对比分析,在此基础上进一步探讨了最优设计方案的参数影响规律。结果表明:所提4种角部构造优化设计方案均能提升模块化装配组合剪力墙试件的抗震性能,并以折角型钢厚板加劲设计方案为最优,大大提升模块化装配组合剪力墙的整体协同工作能力,其初始刚度、峰值承载力、累积滞回耗能和极限点位移角相比未优化方案分别提高40%、43%、44.7%和23.58%;针对最优折角型钢厚板加劲设计方案,给出了剪力墙模块设计的最优参数取值范围,为实际工程设计提供参考。
日本“3·11”大地震引发的巨大海啸导致沿海城市的房屋发生毁灭性破坏,而在未受海啸影响的地区,虽然地震烈度较高,但发生倒塌或严重破坏的房屋却相对较少。为探讨此次地震的震害特征及其影响,揭示了地震动特征与建筑物损坏之间的内在联系,文中运用1995年兵库县南部地震构建的易损性模型,对建筑群的震害数据及其空间分布进行了分析。通过对建筑群倒塌率的分析,发现计算结果与实际震害调查结果高度吻合,揭示了震害集中在宫城县、福岛县和茨城县等沿海区域,尤其是位于海岸线附近的内陆狭长地带,且受灾最严重区域并非总是震中最近或烈度最高的区域。此外,对于采用不同抗震设计规范建造的房屋,其倒塌率存在显著差异,即按照新规范建造的房屋倒塌率明显低于按照旧规范建造的房屋。本研究有助于更好地理解海域大地震的震害特征,为地震防御和救援提供重要依据。
山体地形会显著改变地震波的传播路径和能量分布特征,通过对波的反射、散射和衍射等作用使局部场地的地震动响应呈现明显的空间差异性,这种地形效应对山区工程结构地震反应具有显著影响,是引起震害加重的重要因素之一。为考虑地形效应对工程抗震设计时地震动参数的影响,以某铁路工程站房场址为例,建立某铁路车站站房所在山地区域的三维有限元模型,对该模型设置黏弹性人工边界;利用该区域观测台站记录到的历史地震数据进行地震动输入,得到山地区域的响应,并对比分析输入地震动和响应结果的变化,分析山体高差对地形放大效应的影响。结果表明:在高程较高处(如货场和站房位置),放大效应显著,而较低处放大效应较弱,呈现沿高差由大到小分布的特征,场地高程最高处对高频(10~20 Hz)地震动成分较敏感;峰值加速度与高差呈显著正相关,说明山体地形的高差是影响场地放大效应的关键因素;地形放大效应与山地区域的高差和地形起伏密切相关,为山区某重大工程的抗震设计提供了重要的理论依据。