专栏名称: 地球所研究生会

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学术期刊 | 《地震工程与振动》2017年 01期

地球所研究生会 · 公众号 · · 2017-05-01 16:52

正文

基于GPS地震位移记录的相对位移反应谱计算

鲁兵1; 2; 金星1; 2; 3; 张红才3; 李军3

地震发生时，结构所受的地震荷载是以位移形式从基础处输入的，所以研究基于地震位移的结构响应既是工程需求又是设计需要。本文基于位移、速度输入模型的单自由度时程反应计算方法，计算了以GPS实际观测记录为位移输入、以其中心差分为速度输入的地震位移反应谱，并与加速度输入模型结果进行了比较。结果表明，高采样率（5 Hz以上）GPS位移记录可获得与加速度输入模型基本一致的反应谱结果，1 Hz GPS位移记录所得结果反映不出地震高频特性，但能表征长周期结构的地震响应。紧接着，本文将基于GPS的反应谱计算方法运用到日本震例中，通过比较并址的强震仪与GPS站两者记录所求得的位移反应谱，得出的结果与理论分析一致。本文由此得出结论：基于GPS计算地震相对位移反应谱是可行的

钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙振动台试验研究

董宏英1; 宋朝阳1; 曹万林1; 郝婷玥1; 2; 周中一1

提出了钢管混凝土边框内藏分块钢板组合双肢剪力墙，为研究分块钢板布置型式对其抗震性能的影响，进行了3个1/15缩尺的不同分块钢板布置型式的双肢剪力墙试件的模拟地震振动台比较试验，试件1为钢管混凝土边框双肢剪力墙，试件2为钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙，试件3为钢管混凝土边框内藏整块钢板双肢剪力墙。台面输入EL-Centro地震波。试验研究了不同峰值加速度输入下试件的加速度、位移地震反应，分析了钢管、钢板、混凝土的损伤演化过程以及双肢墙震后自振频率衰减特征。结果表明：内藏分块钢板双肢剪力墙与无内藏钢板双肢剪力墙相比，抗侧刚度大，承载力高，性能退化慢；与内藏整块钢板双肢剪力墙相比，抗侧刚度略小，承载力略低，性能退化慢，延性性能好。钢管混凝土边框组合双肢剪力墙可用于抗震设计。

地表处地震动扭转分量的合成

姚振亚1; 金国芳1; 王志亮2

本文将根据入射体波（SH波）的波长和入射角θ1及干涉产生的面波（Love波）对地震动扭转分量的影响，分别给出相应的地震动扭转分量公式。在合成地震动扭转分量时，由于面波在层状介质中会发生频散，应先根据弹性波动理论和快速δ-矩阵算法求出给定地壳模型的面波频散曲线，即可由此得到地震波各频率成分的到时t及其在同一时刻内对地表附近某处地震动的贡献；并由给定的地震震级M、震中距R和场地类别等条件，利用修正的Trifunac公式以合成地震动平动分量，再由相应公式合成地表附近一点处的地震动扭转分量。本方法将以地震震级（M=6.5）和给定的地壳模型作为示例，合成相应的扭转分量并给出相应的三联反应谱

多振次循环动荷载作用下软黏土变形与孔压特性试验研究

杨爱武1; 钟晓凯1; 张兆杰1;

动荷载作用下土体累积变形、孔压的发展不仅与动应力幅值有关，还与振动次数密切相关。本文通过GCTS空心圆柱扭剪仪对天津海积软土进行循环三轴试验，研究了多振次不同循环动应力下土体的累积变形与孔压特性。试验结果表明：在多振次循环荷载作用下，临界动应力前后土体累积变形发展趋势不同。动应力幅值小于临界动应力，累积应变呈稳定型发展；动应力幅值大于临界动应力，累积应变呈破坏型发展。按照累积应变发展形态的不同，分段建立考虑动应力幅值影响的长期变形公式。同样根据孔压发展趋势，也相应地分段建立了孔压增长预测公式，拟合值与试验值较为吻合

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

李雨润1; 2; 潘鑫鑫1; 陈张升1; 张玉彬1

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验，在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形，对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同，主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明：无论是正弦波输入还是地震波输入试验，当饱和砂土发生液化后，桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小，加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加，对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩，尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况，但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。

影响核岛抗震性能的软土地基处理中嵌岩桩布设关键因素研究

陈超1; 尹训强2; 朱秀云3

软土地基嵌岩桩处理中桩径及布置形式是核岛厂房结构抗震安全评价需要考虑的关键影响因素。以某拟建核岛厂房实际项目为研究背景，在地基有限域施加黏性人工边界来模拟半无限地基辐射阻尼效应，通过等效线性迭代法描述近场非均质软土地基非线性动力特性，在有限元框架内以全耦合方式考虑群桩效应的影响，进而耦合上部核岛结构，建立了考虑核岛-桩-土相互作用的软土地基条件下核岛厂房结构地震响应计算模型；最后，根据工程实际情况，分别针对嵌岩桩的桩径与布置方式影响因素进行综合对比分析，得出其对核电厂房结构地震响应的影响规律。研究结果可为类似条件下的核岛厂房软土地基处理方案优化分析提供借鉴与参考。

位移放大型油阻尼器减震结构减震效应分析

杨巧荣; 孔令祥; 郭彦; 何文福; 刘文光

针对高层结构在地震作用下层间位移较小，阻尼器性能无法充分发挥的特点，提出一种用于油阻尼器的位移放大装置，可使油阻尼器两端的相对位移放大，提高其产生的阻尼力和耗能能力。以某实际工程结构为背景，基于SAP2000建立其多质点有限元模型，分析两种减震方案在3条地震波作用下的最大层间位移角、基底剪力、加速度放大系数、滞回曲线、能量耗散曲线，以检验位移放大型油阻尼器对结构地震响应的减震效应。结果表明，位移放大型油阻尼器能以更少的布置数量满足减震设计要求，同时获得较普通油阻尼器更为理想的减震效果。

摩擦摆支座隔震结构实用设计方法

陈鹏; 周颖

本文以9度区某高层建筑为背景，重点介绍摩擦摆支座隔震的工作原理、设计参数以及设计流程和方法。分别采用铅芯橡胶支座和摩擦摆支座方案进行了隔震设计，以两种方案的隔震层力学简化模型的相似性为基础，比较两种隔震设计方案的异同，通过时程分析方法比较了两种隔震方案的隔震效果。研究结果表明，尽管两种支座特点迥异，但只要控制隔震层力学参数相似，便能得到相近的减震效果。

基于EMD的瑞雷波信号提纯新方法

房曰荣1; 沈斐敏2; 邱坤南2

为了能够从地震勘探记录中提纯出瑞雷波信号，基于信号经验模态分解的自适应特征，将经验模态分解应用到瑞雷波信号提纯研究中。介绍了瑞雷波勘探实测信号的经验模态分解计算过程，通过仿真实验及工程实例，说明经验模态分解能够有效应用于瑞雷波的提纯，分析比较了经验模态分解提纯方法和其他方法的优缺点，认为经验模态分解方法具有可靠性和稳定性。提出下一步的研究方向是在经验模态分解后直接利用Hilbert变换求得信号的瞬时频率，从而求解出频散曲线。

挂柱挂板组合墙结构抗震性能振动台试验研究

陈适才1; 2; 袁书强1; 2; 谢丹妮1; 王统亚1; 闫维明1; 2

为改善混凝土装配结构的抗震性能，提出了混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构体系，并通过设计1/2缩尺模型对混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构的抗震性能进行了振动台试验研究，通过白噪声扫描和输入地震波强度逐步增加的加载试验方法，研究了整体结构的动力特性变化规律、整体结构的动力响应规律、局部组合墙体与主体结构相互作用以及退化规律。研究结果表明：挂柱挂板组合墙与主体结构的连接以及挂板挂柱之间具有较好的连接性能，能保证整体结构的抗震性能；挂柱挂板组合墙对整体结构的刚度贡献随着地震强度的增加先增加后减小；整体结构首先在挂板挂柱出现裂缝，随后挂柱挂耳两端逐步损伤压碎，最后主体结构逐渐屈服，表现出良好的整体连接性能和抗震性能。

SH波斜入射时三维结构-土-结构相互作用分析

陈少林; 常梦利

本文实现了SH波斜入射时三维结构-土-结构动力相互作用分析。半无限土体采用集中质量显式有限元结合透射人工边界进行分析；结构经有限元离散后，采用Newmark隐式积分方法进行分析；刚性基础的响应采用显式积分方法计算。通过算例，分析了相邻结构存在与否、结构间距、结构大小、结构前后位置、SH波入射角度对基础和结构地震响应的影响。结果表明：（1）SH波入射角度对结构-土-结构相互作用有较大影响，随着入射角度的增大，高频段的干涉和遮挡效应较为明显；（2）两相邻结构中，大结构对小结构的影响较大，小结构对大结构影响较小；（3）当考虑结构-土-结构相互作用时，不仅结构自身各个自由度之间的运动存在耦合，而且通过土体的联系，相邻结构的各个自由度之间也存在耦合。（4）通过地震记录或地脉动测试获取结构自振特性时，应考虑相邻结构的影响，避免混淆。

钢筋混凝土框架填充墙隔震建筑抗震性能影响因素分析

赵桂峰1; 马玉宏2; 崔秀丽1

为探讨影响钢筋混凝土框架填充墙隔震建筑抗震性能的因素，以满布填充墙RC框架隔震结构为对象，基于Perform-3D软件，建立RC框架非隔震和隔震结构非线性分析模型，分析填充墙厚度、材料及砂浆强度等因素对隔震结构地震反应及减震控制效果的影响规律。结果表明：填充墙砂浆强度等级对隔震结构的影响不十分明显，而填充墙砌块材料和墙体厚度对隔震结构的影响十分显著。采用M7.5砂浆、24砖砌体填充墙对于减小隔震上部结构的地震反应、获得最优减震效果都很有利。此外，与传统隔震设计方法（纯框架、上部结构线性计算）得到的减震系数0.39相比，考虑上部结构非线性和填充墙的不同参数后，减震系数均有较大变化（0.45至0.67变化），说明现有隔震设计方法得到的减震系数偏小，按此设计上部结构会使其偏于不安全，隔震设计应考虑上部结构非线性和填充墙的影响。

中空-四核心筒-框架结构高层建筑地震倒塌过程研究

崔铁军1; 2; 李莎莎1; 马云东2; 王来贵3

为了解含有多核心筒的复杂高层建筑结构在地震荷载作用下坍塌过程及特征，基于颗粒流构建建筑模型并实施地震模拟。模拟建筑结构为中空-四核心筒-框架结构，施加地震荷载为正弦波，其峰值加速度分别为a=0.4 g、0.3 g、0.2 g且持续时间为9 s。模拟上述3种峰值加速度时的建筑破坏坍塌过程，模拟表明：加速度较大（a=0.4 g）时建筑坍塌特点是建筑向左倾倒，建筑中4个核心筒瓦解。该现象的必要条件是核心筒的非同步破坏，充分条件是核心筒底部破坏。加速度较小（a=0.3 g、a=0.2 g）时建筑坍塌特点为建筑显整体性的坐塌，震动未使建筑核心筒瓦解。在建筑整体坐塌情况下，建筑倾倒时间受震动影响较小；而坐塌经历时间受震动影响较大。

场地PGA放大系数与场地特征参数相关性及地震动快速评估方法研究

吴晓阳1; 陈龙伟1; 袁晓铭1; 王维铭2

场地地震动PGA放大系数是重大工程地震预警、烈度速报技术及结构抗震设计地震动输入的基础。搜集整理日本Kik-net台网239个Ⅱ场地台站的地震记录，以场地覆盖层厚度D、场地特征周期T、场地vs30以及场地等效剪切波速vse为场地特征参数，以井下记录PGA为地震动强度指标，研究场地PGA放大系数FPGA与场地特征参数之间的相关性；以地表PGA值40 Gal作为预警阈值，采用回归决策树CART方法建立了地震预警的特征参数组合标准。分析结果表明：场地FPGA与场地覆盖层厚度D及场地特征周期T负相关，与场地vs30正相关，与vse相关性可忽略；FPGA与场地特征参数的相关性随着场地地震动强度增大而增大；通过搜集的地震数据对基于CART分类方法建立的场地地震动预警参数指标进行回判检验，检验的总体成功率达到90.09%，其中不预警的成功率为93.64%，预警成功率82.68%。虽然地震动快速评估方法总体成功率达到90%以上，但仍存在5.61%偏于危险的“漏判”，所以本文方法仍需要进一步的改进和完善。

钢管束组合剪力墙恢复力模型研究

陈志华1; 2; 姜玉挺2; 张晓萌2; 杨强跃3; 李文斌3

钢管束组合剪力墙是一种新型的钢与混凝土组合剪力墙，具有施工方便、承载力高等一系列优点。对7组一字型和5组T字型的足尺钢管束组合剪力墙在往复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究，得到其骨架曲线。采用三折线模型对其骨架曲线进行模拟，并给出关键点的计算公式，得到钢管束组合剪力墙的恢复力模型。经验证，该恢复力模型模拟效果良好，可以较好地反映构件的抗震性能，为钢管束组合剪力墙结构进行弹塑性地震分析奠定了理论基础。同时进行了基于刚度退化数据的回归分析，得到了刚度退化计算公式，结果表明，骨架曲线下降段的刚度主要与钢管束组合剪力墙的剪跨比、轴压比等因素有关，而钢管束组合剪力墙的强度退化不明显。

新型装配式抗震墙体恢复力模型研究

黄炜; 李斌; 苏衍江; 郑云汉; 江永涛

本文通过对6榀1/2比例新型装配式抗震墙体的低周反复加载试验，分析了基于不同布筋方式、竖向连接方式、水平连接方式等关键参数对各试件骨架曲线与滞回性能的影响。根据试验结果，建立统一的无量纲化骨架曲线，采用试验数据回归及理论推导相结合的方法，提出了新型装配式抗震墙体考虑刚度退化的四线型骨架曲线模型，并给出了各特征点及各阶段刚度的计算公式；通过对6榀试件各滞回环卸载刚度的回归分析，建立了墙体在不同阶段的卸载刚度计算公式，并据此给出了适用于新型装配式抗震墙体的滞回规则。试验研究及计算分析表明：本文所建议的恢复力模型与试验结果吻合较好，并能较好反映各试件滞回曲线中的“捏拢”现象，可用于新型装配式抗震墙结构体系的弹塑性地震反应分析。

远场地震动频谱特性与超高层结构响应相关性研究

高剑平; 高胜文; 李华

远场长周期地震动频谱特性对超高层结构的动力响应影响尤为显著，目前对其频谱特性研究很少。利用ANSYS软件建立超高层建筑弯-剪耦合连续化简化模型（Miranda模型），选取19条远场长周期地震动波，对不同高度结构进行时程分析，改变结构阻尼，得到结构顶点位移和最大层间位移。研究TPA、TPD、TPV、Tc、Tg、Tg、Tmh、Tmf等8个频谱特性指标分别与结构顶点位移和最大层间位移的相关性随基本自振周期和阻尼比的变化规律。研究结果表明：Tmh与顶点位移相关性最强，最高可达0.75以上，建议采用Tmh指标作为频谱特性指标来表征超高层建筑的顶点位移；Tmf指标与层间位移相关性在各周期段内较稳定，保持在0.65左右，建议采用Tmf指标作为频谱特性指标来表征超高层建筑的最大层间位移。

离散网格中瑞利阻尼对波动的影响分析

章旭斌; 谢志南

在波动数值模拟中，瑞利阻尼可近似描述介质耗散特性，且可用于抑制人工边界引发的高频和零频失稳，但瑞利阻尼对波动的影响尚未清晰认识。针对集中质量有限元模拟的一维波动，利用傅里叶模态分析了有阻尼离散网格中波动的性质。理论分析表明alpha阻尼必然使得波数为零及邻近的波动对应为非行进波，其使行波衰减一致，而beta阻尼不会导致波数为零及邻近的非行进波，其使行波衰减随着波数增大而增大。数值实验验证了上述结论。本文研究结果为进一步推进瑞利阻尼在波动数值模拟中的应用提供一定的理论依据。

砌体结构抗震性能评价——基于AHP和灰聚类综合模型

李艳蓉; 范旭红; 张兆昌

上世纪后期砌体结构作为我国办公、住宅等民用建筑大量采用的一种结构形式，经过多年使用后，急需进行修缮加固处理，尤其是其抗震能力的提高，已成为广大学者研究的重点。基于上述基本国情，本文首先在结合砌体结构的相关规范及震损资料的基础上，分层次建立了砌体结构的抗震性能综合评价指标体系，其次通过灵活运用并结合层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）与灰聚类两种方法，构建了砌体结构抗震性能的数学评价模型，最后结合实际案例验证了该模型的合理性及科学性，对今后砌体结构抗震性能的评价工作具有一定的参考价值。

混凝土框架中间节点改进斜压杆模型及定参方法

董俊宏1; 杨红1; 2; 赵雯桐1

采用斜压杆模型计算钢筋混凝土框架中间层中节点的抗剪承载力或节点核心区的剪应力-剪应变关系具有构形简单、计算方便的优势。斜压杆模型的关键问题之一是斜压杆横截面尺寸的确定。针对现有斜压杆模型一般不考虑节点核心区混凝土斜压杆在受力过程中存在的应力扩散现象，或仅考虑单方向应力扩散的不足，本文在有代表性的斜压杆模型基础上，提出了考虑斜压杆双向应力扩散影响的改进斜压杆模型，建议了考虑节点轴压比、剪压比、配箍率和梁柱宽度比影响的斜压杆应力扩散长度系数确定方法，并采用多个梁柱组合体抗震性能试验结果对该改进模型进行了校核。结果表明，该改进斜压杆模型能更有效地预测节点的剪应力-剪应变骨架曲线。

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构在近场地震下的弹塑性侧向力分布研究

连鸣1; 2; 苏明周1; 郭艳1

为研究近场地震作用下Y形高强钢组合偏心支撑框架结构（Y-HSS-EBF）的弹塑性侧向力分布，本文精细设计了4个不同层数的Y-HSS-EBF结构，通过弹塑性时程分析且考虑了结构层数、近场地震及其速度脉冲效应对结构的影响，获得了Y-HSS-EBF结构在罕遇水准近场地震下的侧向力分布，基于底部剪力法得到了Y-HSS-EBF结构弹塑性侧向力分布模式，并与已有侧向力分布模式进行了对比。结果表明：近场地震波的速度脉冲效应对Y-HSS-EBF结构的侧向力分布影响较大，应考虑其对结构侧向力分布的影响；本文建议的侧向力分布模式在精度上与时程分析结果平均值最为接近，能够为Y-HSS-EBF结构基于性能的塑性设计方法提供一定参考。

防振锤抑制拉索振动的仿真分析与试验研究

梁栋1; 2; 狄方殿1; 刘菁1

针对目前斜拉桥拉索减振方法的不足，提出利用防振锤抑制拉索振动的思路。为验证该方法的有效性，本文分别建立了拉索和防振锤的运动方程，并采用振型叠加法建立与其对应的广义坐标方程，采用状态空间法建立与其对应的状态方程，运用SIMULINK仿真系统对拉索进行了动力仿真分析。设计了相应的室内试验，进行了拉索-防振锤组合系统试验，并利用SIMULINK对试验进行了相同参数的仿真分析，对比验证了防振锤减振的有效性。仿真结果与试验结果对比发现，作为拉索减振装置防振锤减振效果较为显著，对于防振锤的设计应使其振动频率与拉索振动频率相一致、安装质量不宜过小、阻尼不宜太大、且宜安装在拉索振幅较大处。研究结果表明：防振锤抑制拉索的振动是有效的，利用防振锤装置抑制超长拉索振动是可行的。

梯段板不同构造对框架结构地震反应的影响

常亚峰1; 2; 梁兴文1; 汪平1; 辛力3

为检验混凝土框架结构设置楼梯隔震防倒塌支座的效果，利用ETABS有限元软件建立计入楼梯、不计入楼梯、设置滑动支座和隔震防倒塌支座的4个框架结构模型，进行地震作用下梯段板下端不同构造措施对框架结构地震反应影响的对比分析。研究结果表明：与不考虑楼梯作用相比，设置隔震防倒塌支座后，钢筋混凝土框架结构的周期、振型、地震作用、层间位移、框架梁柱和楼梯梁柱的地震内力等均未明显变化，表明隔震防倒塌支座能有效地卸去梯段板的斜撑作用；与滑动支座结构相比，隔震防倒塌支座结构沿地震动输入方向的水平滑动位移基本相同，同时减小了梯段板竖向翘起位移。

近场水平、竖向地震共同作用下地基-基础-RC框架结构抗震性能研究

王海东1; 2; 常广乐1; 盛旺成1

本文运用SAP2000对一10层钢筋混凝土框架结构在双向地震作用和单向地震下，考虑土-结构相互作用并计入重力二阶效应影响和不考虑二阶效应、采用刚性地基假定的情况分别进行动力时程分析，对比研究该结构抗震性能的变化规律。然后针对竖向地震作用展开进一步研究，探讨地震波的竖向和水平PGA比值对结构地震响应的影响规律。研究表明：（1）近场双向地震作用下，采用刚性地基假定，分析得到的结构地震响应比考虑土-结构相互作用时小，偏于不安全。（2）近场双向地震作用下地基-基础-RC框架结构的地震响应比单向地震作用时大，且随着场地土变软，不利影响增大，表明竖向地震作用不容忽视。（3）近场地震中，考虑土-结构相互作用的情况下，结构抗震性能在地震竖向和水平PGA比值为0.6左右时所受影响最小，比值为0.7左右时所受影响最大。

新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算研究

王秋维1; 史庆轩1; 田贺贺2; 王朋1

提出新型截面（正向和斜向布置扩大十字型钢）型钢混凝土（SRC）柱-I字型钢SRC梁节点的构造措施。通过4个新型截面SRC柱-I字型钢SRC梁节点试件与1个普通SRC梁柱节点试件的低周反复荷载试验，研究试件的破坏特征和节点区剪力-剪切角关系，分析配钢形式、加载角度和构造措施对节点剪切变形的影响，并进一步提出实腹式SRC梁柱节点的受剪机理，结果表明，新型截面SRC梁柱节点发生核心区剪切破坏，其受力机理为斜压杆、刚框架-钢板剪力墙和约束机理的综合作用。通过对数值模拟数据的回归分析，采用叠加方法，提出考虑型钢腹板、箍筋和轴压比的新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算公式，计算值与试验结果吻合较好。

信息来源：《地球物理学报》

编辑：贾源源、刘翰林

审阅：杜柠、陈婷、李佳威