本站小編為你精心準(zhǔn)備了近場(chǎng)脈沖型地震下動(dòng)力烈度指標(biāo)選擇參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：合理選擇烈度指標(biāo)IM是基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論的關(guān)鍵．為了研究近場(chǎng)脈沖型地震下合理的烈度指標(biāo)，以一座常規(guī)5跨連續(xù)梁橋?yàn)槔迷隽?a href="http://www.vivacrystal.cn/gclw/dzktlw/731608.html" target="_blank">動(dòng)力分析方法對(duì)OpenSEES軟件所建立的有限元分析模型進(jìn)行一系列非線性動(dòng)力分析，結(jié)果表明：近場(chǎng)脈沖型地震下，不建議采用峰值加速度PGA作為烈度指標(biāo)，建議采用基本周期對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa（T1）或峰值速度PGV．

關(guān)鍵詞：橋梁抗震；近場(chǎng)脈沖型地震；增量動(dòng)力分析；烈度指標(biāo)

前言

近場(chǎng)地面運(yùn)動(dòng)記錄主要有兩個(gè)方向，一個(gè)是與地震破裂帶垂直的方向，另一個(gè)是與地震破裂帶平行的方向，前者有明顯的速度脈沖，而后者則沒(méi)有．一般無(wú)特殊說(shuō)明，近場(chǎng)地震主要是指有明顯速度脈沖的地面運(yùn)動(dòng)［1］．近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)具有很大的破壞性，其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在高能量的速度脈沖上．研究表明，與非脈沖型地震動(dòng)相比，脈沖型地震動(dòng)增大了結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，而這種位移需求的增大極有可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的破壞［2］．與遠(yuǎn)場(chǎng)地震記錄相比，近場(chǎng)脈沖地震動(dòng)彈性反應(yīng)譜的加速度敏感區(qū)較寬，在長(zhǎng)周期階段可能出現(xiàn)比較大的加速度反應(yīng)譜值．因此無(wú)論對(duì)地震學(xué)家還是結(jié)構(gòu)工程學(xué)家來(lái)講，近場(chǎng)地震動(dòng)的特征以及如何在工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮其影響都是非常重要的研究課題．增量動(dòng)力分析中，曲線的離散性問(wèn)題一直是熱門研究點(diǎn)．離散性的減小不僅有助于降低地震分析樣本的數(shù)量，也能增加中位估計(jì)曲線的可靠性．為了降低曲線的離散性，通常可通過(guò)合理選擇烈度指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)［3］；能表征地震波強(qiáng)度的參數(shù)很多，常用的有地面峰值加速度PGA和結(jié)構(gòu)基本周期對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa（T1），此外還有譜速度PGV、峰值速度SV等．Vamvatsikos［4］針對(duì)IDA曲線的離散現(xiàn)象進(jìn)行了基于分位值的結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估，對(duì)比了Sa（T1）與PGA分別作為IM函數(shù)時(shí)的IDA曲線，結(jié)果顯示Sa（T1）比PGA有更好的收斂效果．To－thong［5］將彈性反應(yīng)譜延伸到非線性領(lǐng)域，但是塑性反應(yīng)譜隱含了地震波頻譜特性與結(jié)構(gòu)的非線性性能之間的耦合作用，這使常用的地震災(zāi)害區(qū)劃圖變得復(fù)雜．Mehanny［6］提出了一種雙參數(shù)模型，將Sa（T1）替換為能夠考慮基本周期延長(zhǎng)（被稱為周期滑移）的烈度指標(biāo)S＊＝Sa（T1）1－αSa（Tf）α，并針對(duì)4種典型建筑結(jié)構(gòu)，8條地震記錄的IDA統(tǒng)計(jì)分析得到：Tf＝2T1以及α＝0．5時(shí)IDA曲線簇收斂程度最好．楊成［7］等通過(guò)對(duì)S＊中參數(shù)α及Tf進(jìn)行修正，提出了漸變參數(shù)控制的烈度指標(biāo)．但是，對(duì)于烈度指標(biāo)的研究一般很少對(duì)地震波加以區(qū)分，而是單純依靠對(duì)地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行選擇和修正，而沒(méi)有地震波的類型及頻譜特性進(jìn)行更深入的研究．而已有研究表明，對(duì)于近場(chǎng)脈沖型地震，加速度反應(yīng)譜值已經(jīng)不足以預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，研究學(xué)者們建議采用峰值地面速度、峰值地面位移、塑性譜位移甚至采用矢量烈度指標(biāo)（例如同時(shí)考慮譜加速度與其他參數(shù)）來(lái)表征地面運(yùn)動(dòng)烈度．本文以一座常規(guī)5跨連續(xù)梁橋?yàn)槔迷隽縿?dòng)力分析方法對(duì)OpenSees軟件所建立的有限元分析模型進(jìn)行非線性動(dòng)力分析，研究5種常見(jiàn)的烈度指標(biāo)下IDA曲線的離散性，最終提出近場(chǎng)脈沖地震下合理的烈度指標(biāo)．

1分析模型

本文以一座等跨徑規(guī)則連續(xù)梁橋?yàn)槔w概況如圖1所示．用美國(guó)太平洋地震工程研究中心（PEER）主導(dǎo)研發(fā)的OpenSees軟件建立全橋分析模型．算例橋梁采用雙柱式橋墩，墩柱采用相同的截面及配筋形式，幾何直徑為1．5m，配筋率為1．47％．有限元模型中，主梁用彈性梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬．由于橋墩是地震中的耗能構(gòu)件，因此橋墩采用彈塑性纖維梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，纖維單元中混凝土和鋼筋的力學(xué)性能分別采用Concrete01和Steel01來(lái)模擬．橋臺(tái)處支座為滑動(dòng)式橡膠支座，橋墩處為普通板式橡膠支座．結(jié)構(gòu)的阻尼比按5％計(jì)算，基本周期為T1＝2．14s．

2地面運(yùn)動(dòng)的選取

本文所選地面運(yùn)動(dòng)記錄來(lái)源于美國(guó)太平洋地震中心強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫(kù)（PEERGroundMotionDatabase），12條選自FEMAP695中推薦的近場(chǎng)地震波，其余12條選自Baker用小波分析法得到的近場(chǎng)脈沖波［8］，共24條地面運(yùn)動(dòng)記錄，其反應(yīng)譜如圖2所示.

3增量動(dòng)力分析

增量動(dòng)力分析是通過(guò)對(duì)選擇的多條地震波，以調(diào)幅的形式，將每條地震波縮放成一組不同強(qiáng)度的地震波，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性動(dòng)力分析，以此來(lái)分析結(jié)構(gòu)在不同地震強(qiáng)度下的抗震性能．本文的研究中，考慮到近場(chǎng)地震具有高能量速度脈沖的特點(diǎn)，在分析中以PGV為調(diào)幅指標(biāo)，調(diào)整PGV使其在20～250cm／s之間等步長(zhǎng)變化，步長(zhǎng)根據(jù)不同情況設(shè)置為10cm／s或20cm／s．目前國(guó)內(nèi)外規(guī)范中常用的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)主要有PGA、PGV以及結(jié)構(gòu)基本周期所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜值（Sa（T1，5％）），其中PGA是最早采用也是目前使用最廣泛的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)，目前在日本常用PGV，美國(guó)多采用Sa（T1，5％）．本文選擇5種地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)為研究對(duì)象，如表1所示．本文在考慮結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，暫時(shí)僅考慮橋墩的破壞情況，且在設(shè)計(jì)橋墩的截面及配筋時(shí)，通過(guò)合理構(gòu)造措施避免橋墩發(fā)生剪切破壞的可能，認(rèn)為橋墩僅發(fā)生彎曲破壞．結(jié)構(gòu)的損傷主要可以用多種指標(biāo)來(lái)衡量，如節(jié)點(diǎn)位移、截面變形指標(biāo)等．根據(jù)震害經(jīng)驗(yàn)，1＃、4＃橋墩會(huì)先于2＃、3＃橋墩破壞，因此本文選取1＃墩底的曲率為損傷指標(biāo)．

4計(jì)算結(jié)果與分析

4．1彎矩－曲率關(guān)系

橋墩截面彎矩－曲率關(guān)系分析結(jié)果如圖3所示，可知橋墩達(dá)到破壞時(shí)的極限曲率為0．0167／m．

4．2不同烈度指標(biāo)對(duì)應(yīng)的IDA曲線

分別以表1中所選的5種烈度指標(biāo)為基礎(chǔ)作IDA曲線，如圖4所示．為了對(duì)上述5組分別以不同烈度指標(biāo)構(gòu)建的IDA曲線的離散性進(jìn)行比較，引入Iervolino和Cor－nell等人的研究成果［9］，假定結(jié)構(gòu)的地震需求服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即認(rèn)為DM和IM之間服從如下關(guān)系式：DM＝a•IMb（1）式中，a，b分別為估計(jì)的參數(shù)，可以通過(guò)最小二乘回歸分析得到，為了計(jì)算方便，通常式（1）可以轉(zhuǎn)換成式（2）的線性回歸函數(shù)：ln（DM）＝c＋bln（IM）（2）線性對(duì)數(shù)擬合結(jié)果如圖5所示．圖中1＃墩底最大曲率的對(duì)數(shù)用ln（Curvature）表示．表2給出了對(duì)線性擬合中的相關(guān)參數(shù)a，b的均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并用皮爾森相關(guān)系數(shù)r是用來(lái)反映兩個(gè)變量ln（DM）和ln（IM）之間線性相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量．r的絕對(duì)值越大表明相關(guān)性越強(qiáng).擬合結(jié)果表明：所選擇的5種IM參數(shù)中，以基本周期所對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa（T1）作為IM參數(shù)，擬合參數(shù)c，b的標(biāo)準(zhǔn)差最小，皮爾遜相關(guān)參數(shù)r最接近于1，表現(xiàn)最差的是PGA．雙周期對(duì)應(yīng)的譜加速度S并未優(yōu)于基本周期所對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa（T1）．因此，對(duì)于近場(chǎng)脈沖型地震，不建議采用PGA作為烈度指標(biāo)，建議采用Sa（T1）或者PGV．

5結(jié)論

本文以一座常規(guī)5跨連續(xù)梁橋?yàn)槔肙penS－EES軟件建立有限元分析模型，選取24條近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行增量動(dòng)力分析，根據(jù)IDA曲線及計(jì)算數(shù)據(jù)的線性對(duì)數(shù)擬合結(jié)果可知：近場(chǎng)脈沖型地震下，不建議采用峰值加速度PGA作為烈度指標(biāo)，建議采用基本周期對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa（T1）或峰值速度PGV．

參考文獻(xiàn)

［1］江義，楊迪雄，李剛．近斷層地震動(dòng)向前方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010，32（9）：103－110．

［2］張海明，易偉建，鄺世杰．帶脈沖效應(yīng)近場(chǎng)紀(jì)錄的概率地震反應(yīng)分析［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（9）：184－187．

［6］楊成，潘毅，趙世春，等．烈度指標(biāo)函數(shù)對(duì)IDA曲線離散性的影響［J］．工程力學(xué)，2010，27（S1）：68－72．

作者：黃佳梅 單位：湖南工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院