近断层地震动特征参数对基础隔震结构地震响应的影响分析
近断层地震对隔震桥梁的影响
近斷層地震對隔震橋梁的影響南二高嘉南大圳北幹線一號排水橋案例研究第二結構部工程師蔡孟豪第二結構部經理葉銘煌顧問張國鎮摘要由於近斷層地震通常具有較長週期的脈衝震波，對結構物的危害往往會比相同規模的遠域地震為大，尤其是在近十年來國內外的幾個大地震發生後，近斷層效應的影響更是受到重視。
本文以南二高嘉南大圳北幹線一號排水橋為研究案例，利用現地試驗結果與量測的地震反應，建立其分析模型，以探討近斷層效應對此隔震橋梁的影響。
研究結果顯示，近斷層效應的影響與脈衝震波形式、週期、貢獻量、地表加速度大小以及隔震裝置的非線性程度有關。
當脈衝震波週期接近隔震橋梁振動週期時，近斷層效應最為嚴重。
同時，當隔震裝置進入高度非線性範圍後，近斷層效應將不會再隨地表加速度增加而放大。
所以，若能確保隔震裝置於設計地震時已進入高度非線性範圍，則可在設計階段計及隔震橋梁的近斷層效應影響。
此外，藉由加裝阻尼器提高支承系統的阻尼比，得以有效地降低近斷層效應的影響。
一、前言從早期南部第二高速公路的部份橋梁，到1999年921集集地震後遭到破壞的一些公路橋梁重建，隔震技術在國內橋梁工程的應用已將近十年。
尤其在921集集地震後，隨著隔、減震技術的推廣，最近亦開始有廠辦大樓與醫院等建築物，採用基礎隔震作為其抗震的選擇。
位在南二高白河新化段的嘉南大圳北幹線一號排水橋，為國內首次應用隔震技術的橋梁之一[1]。
在該隔震橋梁完工之初，即曾經進行現地微振試驗、強迫振動試驗與自由振動試驗，以瞭解該隔震橋梁的實際動力特徵以及其在常態載重與中、小地震下的反應[2]。
而在現地試驗完成後，中央氣象局在該橋梁工址附近與橋體裝設加速度感測計，以隨時記錄該隔震橋梁的實際地震反應。
該隔震橋梁雖然經歷過921集集地震，然而所呈現的地震反應較小，並無法明顯看出隔震的效益。
隨後，同年的10月22日，在嘉義市西北方2.5公里處發生規模6.4的地震，從所量測到的地震反應記錄，則明顯呈現出該橋梁的隔震效益[3]，證實隔震裝置能有效降低地震力的輸入。
近断层地震作用下基础隔震结构抗倾覆性能的分析
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第３ ８卷 第 ５ 期
２１ ０ ２年 １
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近断层地震动作用下 框架结构的地震响应分析
98YAN JIUJIAN SHE近断层地震动作用下框架结构的地震响应分析Jin duan ceng di zhen dong zuo yong xiakuang jia jie gou de di zhen xiang ying fen xi李醒龙近几年，我国出现了多次地震灾害事件，从集集地震到汶川地震。
近断层的地震灾害的作用往往具有一定的特殊性，会对工程建筑结构造成极大破坏。
在事故灾害中，绝大多数的财产损失严重的地震区域，以近断层地区的地震较为集中。
所以进一步探究框架结构在近断层地震作用下的具体响应规律以及破坏形态是非常关键的，为在近断层土地周围建筑物的结构抗震设计和减少近断层地震带来的危害提供一定帮助。
近断层地震作用下的建筑结构，探究地震波对框架结构的具体影响不仅在理论层面上具有十分关键的作用，同时也有利于后续阶段的相关抗震工程项目的建造。
2008年，四川汶川发生M8.3级地震，地震波及了大半个中国地区以及亚洲多个国家，在辽宁，上海，中国香港，中国澳门，泰国，越南，巴基斯坦均有震感。
在地震中，破坏面积10万km 2，造成了近七万人死亡，近四万人受伤，约两万人失踪。
地震造成的直接经济损失约8452亿元人民币。
对灾害进行评估时，发现震中附近区域遭受的破坏性较为严重，近断层地面运动会产生大幅度，长周期的速度脉冲。
近断层地面运动导致了近断层地面运动的反应谱与远场地面运动反应谱比较，近断层地面运动的加速度较大，且是长周期性的。
一、近断层地震的定义近断层地震是发生在距离断层距较小的区域，与震级和断层距相关，同时与断裂机制以及断层特性也有一定的关联。
研究人员把距离断层破裂面小于20公里的区域看做近断层区域。
近断层地震有两个显著的特点：（1）由断裂机制和断裂扩散方向决定的方向性效应；方向性效应与断层的破裂方向，破裂速度，断层面的滑动方向，观测点的位置等因素有关，当破裂方向和断层面的滑动方向为同方向时，方向性效应也较为明显。
近断层地震动作用下隧道响应的强度指标研究
近断层地震动作用下隧道响应的强度指标研究王伟1，张磊2，汪俊诚3（1. 湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉430000；2. 天津轨道交通线网管理有限公司，天津300000；3. 河海大学，江苏南京210098）摘要：在结构抗震性能分析过程中，不同的地震动强度参数的选取对分析结果会有不同的影响，合理地选取地震动对结构地震响应影响的评价参数关乎分析的准确性。
因此建立了隧道动力有限元模型，引入了土体的非线性动力本构，选取了40组脉冲地震动进行剔除速度脉冲处理，通过在模型底部水平向输入，得到加速度、位移和应力响应；选择了15个地震强度参数与响应参数进行相关性分析。
研究结果表明：（1）部分加速度型强度指标和速度型强度指标与地震作用下结构响应参数高度相关，但位移型强度指标与地震作用下结构响应几乎不相关，断层距RR���与地震结构响应呈现负相关，且相关性较小；（2）第一自振周期相关的强度指标参数与结构响应之间的相关性最为显著，适用于任何地震动作用下隧道结构的时程分析；而与0.1～0.5s周期内加速度谱SS�相关的强度指标参数与脉冲地震动的结构响应相关性差，与非脉冲地震动的结构响应有一定的相关，不适合作为脉冲型地震动强度指标。
关键词：隧道工程；方向性脉冲地震动；地震动强度指标；数值分析中图分类号：U452 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）03-0188-07 Study on Intensity Measures for the Response of Tunnel to Near-Fault SeismicWANG Wei1, ZHANG Lei2, WANG Juncheng3(1. Hubei Provincial Water Resources and Hydropower Planning, Survey and Design Institute, Wuhan Hubei430000, China; 2. Tianjin Rail Transit Network Management Co., Ltd., Tianjin 300000, China;3. Hohai University, Jiangsu Nanjing 210098, China)Abstract: In the process of structural seismic performance analysis, different parameters of ground motion strength will have different effects on the analysis. Rational selection of parameters to evaluate the impact of ground motion on structural seismic response is related to the accuracy of the analysis. Therefore, the dynamic finite element model of tunnel is established, and the non-linear dynamic constitutive force of soil is introduced. Forty groups of impulse ground motion and corresponding velocity impulse are selected to eliminate the impulse. Acceleration, displacement and stress response are obtained by input horizontally at the bottom of the model. Fifteen seismic intensity parameters and response parameters were selected for correlation analysis. The results show that: (1) some acceleration-type strength measures and velocity-type strength measures are highly correlated with structural response parameters under earthquake, but displacement-type strength measures are almost not correlated with structural response under earthquake, and fault distance RR���is negatively correlated with seismic structure response and has little correlation. (2) The correlation between the parameters of intensity measure related to the first natural vibration period and the structural response is the most significant, which is suitable for the time-history analysis of tunnel structure under any seismic action. Intensity measure parameters related to acceleration spectra SS�have poor 收稿日期：2023-04-01作者简介：王伟（1985-），男，湖北荆州人，高级工程师，研究方向为隧道抗震.（）第3期王伟等，近断层地震动作用下隧道响应的强度指标研究189 correlation with structure response of pulsed ground motion in 0.1～0.5s period, and have certain correlation with structure response of non-pulsed ground motion. Therefore, they are not suitable for pulsed ground motion intensity measure.Key words:tunnel engineering; directional pulse-like ground motion; ground motion intensity measure;numerical analysis0引言我国地处欧亚地震带和环太平洋地震带之间，地震活动区分布较大，大部分地区处于地震频发区，历年来多次特大地震表明，地震重灾区往往在活断层附近，并且在断层区域内受到的影响危害最大。
近断层地震对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响
工程结构抗震设计作业姓名：****学号：#####日期：2017年1月1日1引言近场地震动（near-field ground motion）是指当震源距较小时，地震波中的近场和中场项不能忽略的区域的地震动。
近断层地震动（near-fault ground motion）是指发生在近断层区域内的地震动，大部分研究人员将距离断层破裂面小于20km 的区域看作近断层区域。
近断层地震由于距离断层很近，显然包含近场效应，但近断层地震还具有某些近场地震不具有的特征。
目前，美国规范引入了近场设计反应谱放大因子，并将设计反应谱的长周期段设为等谱值的平台，从设计理论上考虑了近场效应，通过修正断层距10km 以内场地的地震动参数考虑近断层影响。
我国抗震规范2010第3.10.3条规定了近场影响增大系数来考虑近场地震的影响，但目前仍没有形成完善的用于近场和近断层区域的设计反应谱2本文研究内容(1)比较近场地震和近断层地震加速度反应谱与规范加速度反应谱，找出规范设计反应谱的不足；(2)分析近场地震对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响；(3)分析近断层地震两种不同特性，即向前方向性效应和滑冲效应对框架结构抗震性能的影响。
3 近场地震加速度反应谱与规范谱的比较分析近场地震的特征需要用到大量的强震记录，ATC-63在FEMAP-695中推荐了相应的地震动记录集，包括22组远场记录（Far-Field Record Set）和28组近场记录（Near-Field Record Set），其中近场记录包括14组有脉冲（Pulse）的记录和没有脉冲的记录（No-Pulse）。
因为记录数量过少，不能根据场地条件进行筛选，故本文在ATC-63推荐的每组中随机挑选了7条进行研究，如表1所示。
表2地震波记录集地震名称台站震级断层类型断层距离(km)PGA(g)远场地震记录集SanFernando LA-HollywoodStor_FF 6.6 Reverse 22.8 0.210 Northridge BeverlyHills-14145Mulhol 6.7 Reverse 9.4 0.516 KocaeliTurkey Duzce 7.5 Strike-Slip 13.6 0.358 FriuliItaly Tolmezzo 6.5 Reverse 15 0.351 ImperialValley ElCentroArray#11 6.5 Strike-Slip 12.4 0.380 SuperstitionHills ElCentroImp.Co.Cent 6.5 Strike-Slip 18.2 0.358 KocaeliTurkey Arcelik 7.5 Strike-Slip 10.6 0.219近场无脉冲地震记录集ImperialValley Chihuahua 6.5 Strike-Slip 7.3 0.270 Northridge Northridge-17645SaticoySt 6.7 Reverse 0 0.477 ImperialValley Bonds_Corner 6.5 Strike-Slip 0.5 0.775 LomaPrieta BRAN 6.9 Reverse-Oblique 3.9 0.526 LomaPrieta Corralitos 6.9 Reverse-Oblique 0.1 0.644 Northridge LA-SepulvedaVAHospital 6.7 Reverse 0 0.749 KocaeliTurkey Yarimca 7.5 Strike-Slip 1.4 0.349近场有脉冲地震记录集ImperialValley ElCentroArray#6 6.5 Strike-Slip 0 0.439 ImperiaValley ElCentroArray#7 6.5 Strike-Slip 0.6 0.463 LomaPrieta Saratoga-AlohaAve 6.9 Reverse-Oblique 7.6 0.324 Landers Lucerne 7.3 Strike-Slip 2.2 0.727 DuzceTurkey Duzce 7.1 Strike-Slip 0 0.348 Chi-ChiTaiwan TCU065 7.6 Reverse-Oblique 0.6 0.603 Chi-ChiTaiwan TCU102 7.6 Reverse-Oblique 1.5 0.298 为与规范谱比较，并为后续动力时程分析提供有效的地震波，现对这21条地震波进行调幅。
地震动特性对隔震桥梁地震响应的影响
体分析时 ， 采用屈服前刚度 ， 硬化 比 和屈服强度 Ｆ 作为铅芯橡胶支座 的力学控制参数 ， 将非线性模型
简化为双线性模型进行计算． 本 文选 用 的隔 震支 座为 广东 宇泰 减震 科技 有 限
公 司成 品支 座 ， 力学性 能 见表 １ 其 ．
图 ２ 铅芯橡胶支座双线性滞回模型
１ Ｌ Ｂ数学模型 Ｒ
铅芯橡 胶 支 座 （ ｅｄＲｕ ｂｒＢ ａｉｇ Ｌ Ｂ） Ｌ ａ ｂ ｅ ｅｒ ， Ｒ 是 ｎ
目 前桥梁减隔震设计中应用 比较多的一种减隔震支 座， 对大量的实验进行分析统计分析后可知 ， 其滞 回 曲线一般为梭形 ， 图形呈现反对称 ， 如图 １ 所示Ｌ． ２ ］
第 ３ Ｏ卷 第 ６期 ２１ ０ １年 １ ２月
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州 交
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大． ０ Ｎｏ ６ １３ ． Ｄｅ ． ０ １ ｃ ２ １
Ｊｕｎ ［ ｆＬ ｎ ｈ ｕＪａｔｎ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｚｏ ｉ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ｏ ｔ
文 章 编 号 ：０ １４ ７ （ ０ １０ —０ ６Ｏ １ ０ —３３ ２ １ ）６０ １一４
值速度 之比） 代表频谱特性 选取 了 ８条地震波 ， 计算分析 了不同地震动作用 下隔震桥 梁模 型 的地震反应． 计算结果 表明 ： 随着 Ｐ Ａ／ ＯＶ的增大， Ｇ Ｐ 隔震桥 梁地震响应 总体上 呈下降趋 势 ， Ｐ Ａ／ ＧＶ对结构的影响还 受结构 自振周 但 Ｇ Ｐ
期、 支座初 始刚度 的影响 ， 实际设计 中应综合考虑．
和 分别
Ｑ ，
为铅芯橡胶支座在 －方向和Ｙ方向的相对位移 ； 为 ｚ 叩
屈服后刚度与屈服前刚度的比值 ； ｙ Ｆ 为铅芯橡胶支 座的屈 服 强度 ， 应于 图 ２中 的 ． 对 此外 ， ２中 ｋ 图
地震动特性参数对结构响应影响的近似定量关系
地震动特性参数对结构响应影响的近似定量关系柳夏勃 俞瑞芳（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）地震动非平稳特性对结构响应有重要影响。
通过讨论地震动特性参数的变化对结构响应的影响，建立地震输入对结构影响的近似定量关系。
通过分析对地震动强度非平稳特性的描述参数，选取强震平稳段持时和下降段衰减系数来描述地震动强度的非平稳特性，并对大量地震动记录的统计分析确定了各参数的取值范围。
基于DOE技术，采用均匀设计分析各参数的实验水平数，及各水平的取值情况，获得24组不同的参数组合。
论文基于特定的目标谱，对设计给出的24组参数组合进行分析，对每组参数拟合得到了7条地震加速度时程，进行不同周期结构的弹性、弹塑性分析；最后以输入时程与结构弹性响应的相关系数、以及结构弹塑性响应的最大值为目标，建立地震输入特性对结构响应影响的近似定量关系。
分析结果表明：（1）地震动稳态持时和衰减系数对输入与输出幅值之间的相关系数的显著性水准都小于0.0001，这表明这两个特性参数对结构响应幅值的影响非常显著；但对输入与输出时程之间的相关性分析表明，特性参数对其的显著性显著降低，并且衰减系数对因变量的影响比持时要小很多，即说明输入时程的相位对于结构的弹性响应有较大的影响；（2）两个特性参数对不同周期结构弹塑性峰值影响的显著性都是比较显著的，并且呈现出结构周期越大，显著性越高的趋势。
（3）当以输入与输出时程曲线的幅值相关系数为因变量时，响应面的决定系数均在0.90以上，拟合效果比较理想，并且稳态持时的显著性要比衰减系数高，说明持时对结构响应的幅值影响较大；此外，响All Rights Reserved.应面二次项的决定系数很低，线性程度比较高；（4）当以结构弹塑性响应的峰值为因变量时，响应面的决定系数随单自由度体系自振周期的增大而增加，且决定系数和各自变量的显著性程度都不是很理想，说明对于结构的弹塑性响应，频率非平稳对结果的影响比较大，仅考虑强度的非平稳特性是不够的；或者是响应面的形式不能简单地用线性或者二次曲线来描述，具有比较复杂的响应面形式。
近断层地震动特点及对框架结构的影响
近断层地震动特点及对框架结构的影响发布时间：2021-09-09T15:00:22.869Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：陈家川[导读] 摘要：近断层地震动会引起地面强烈的震动，导致建筑物和桥梁结构的严重损坏，其危害性较大，近些年来关于近断层地震动的研究也越来越多，本文详细阐述了近断层地震动的特征及其对框架结构的影响。
广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：近断层地震动会引起地面强烈的震动，导致建筑物和桥梁结构的严重损坏，其危害性较大，近些年来关于近断层地震动的研究也越来越多，本文详细阐述了近断层地震动的特征及其对框架结构的影响。
关键词：近断层地震动；框架结构；1 近断层地震动的定义地震是一种无法预测的突发性、超强破坏性的自然灾害，近些年来，国内外发生了好几次破坏性较大的地震，国外如发生在美国的1979年Imperialvalley地震、1989年LomaPrieta地震、1994年Northridge地震，日本的1995年Kobe地震，土耳其的1999年Kocaeli地震等，国内如河北1976年唐山地震，台湾1999年集集地震，四川2008年汶川地震，2010年青海玉树地震等。
这些地震均对近断层区域工程结构造成了严重破坏，导致的人员伤亡和财产损失让人触目惊心。
近断层地震动会引起地面强烈的震动，导致建筑物和桥梁结构的严重损坏，其危害性较大，近些年来，众多国内外科研工作者和工程师们陆陆续续开展了对近断层地震的相关研究，目前，对于近断层地震动的定义还没有统一的定义，一般是指距离震源的距离在20km内发生的地震。
2 近断层地震动的基本特征（1）上盘效应当断层面倾斜时，位于断层面上部的为上盘，位于下部的为下盘，在断层破裂过程中，距离断层在地面迹线相同距离的亮点A、B，相比于下盘，上盘距离断层面距离更近，其地震动能量大，地震反应更明显，上盘出现的位置是断面层，当地震波到达地面后会重新回到断层面的位置，然后再一次回到地面，这样不断的反复进行反射，会让大地产生的地震反应变得更大。
近断层地震动工程特性及其作用下大跨斜拉桥地震响应分析
近断层地震动工程特性及其作用下大跨斜拉桥地震响应分析一、概述近断层地震是指地震断层距离建筑物非常接近，甚至与建筑物在同一地块上的地震事件。
在大跨斜拉桥工程中，近断层地震会对桥梁的地震响应产生极大的影响，引起严重的破坏甚至崩塌。
因此，对于近断层地震的研究和分析显得尤为重要。
本文从近断层地震动的工程特性入手，对其作用下大跨斜拉桥地震响应进行了分析，并结合实际工程案例进行了说明。
二、近断层地震动的工程特性（一）强烈的高频波动近断层地震动的特点之一就是强烈的高频波动。
这是由于近断层地震短时间内释放出的巨大能量导致的。
这种高频波动对于建筑物和桥梁的地震响应会产生非常显著的影响。
（二）长周期的运动另一方面，近断层地震动还存在长周期的运动特性。
这种运动是由于地震断层破裂时，被破裂断层所固定的地层产生长周期振荡，导致建筑物和桥梁也发生长周期振动。
而这种长周期的振动会对桥梁结构产生不利影响。
（三）地震动强度不均匀由于近断层地震的地震源位置接近建筑物和桥梁，因此在不同位置受到的地震动强度是不同的。
一般来说，断层的短边和断层面周围的地震区域地震动较强，而离断层远的地区则地震动强度相对较弱。
这种不均匀性会使得桥梁在不同位置的地震响应表现出差异。
三、近断层地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析（一）分析方法分析采用动态时程分析方法，结合建筑物振动控制的理论和方法，分析近断层地震作用下，大跨斜拉桥在竖向和横向方向上的地震响应情况，并分析振动控制对于桥梁结构抗震性能的影响。
（二）分析结果1. 抗震能力分析结果表明，近断层地震作用下，大跨斜拉桥的抗震能力较弱。
在地震动作用下，桥梁会产生较大的位移和变形，严重时会导致桥梁崩塌。
此时，采用隔震措施可以显著地提高桥梁的抗震能力，减小位移和变形，有效保护其安全性。
2. 竖向运动在近断层地震的作用下，桥梁在竖向运动方向上会产生明显的振动。
通过实际数据分析发现，竖向振动产生的波长短，且振动的频率较高，这对桥梁结构的竖向稳定性产生非常大的影响。
近断层地震作用下基础隔震结构的振动分析
２１ ０ １年 １ ２月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖｏ． １３３。 ． Ｎｏ ６
Ｄｅ ｃ．２Ｏ１ １
Ｅａ ｑ ａ ｅ Ｒｅ ｉｔｎ ￣ｈ ｕ ｋ ｓｓａ ｔＥｎｇｎ ｅｉ ｎ ｔｏｉｔ ｉ ｅ ｒｎｇ ａ ｄ Ｒｅｒ ｆｔｉ ｎｇ
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地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤影响研究
关键周期 ； 损伤
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｕ ３ ５ ２ ． １ 文 献标 志 码 ：Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ４ ６ ５ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ Ｖ Ｓ ． ２ ０ １ ５ ． ２ ０ ． ０ ３ ４
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Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ Ｉ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
近断层地震动特性及其对工程结构抗震设计规范的影响-建筑结构论文-土木建筑论文
近断层地震动特性及其对工程结构抗震设计规范的影响-建筑结构论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——0 引言地震灾害调查发现，在极震区明显体现出震害的集中性，因此，地震学和地震工程学界对近断层地震高度重视。
自从1933 年在美国Long Bench 地震中获得第一条强震加速度记录以来，地震工程领域学者一直试图建立强震动记录和震中区震害集中性的联系，但由于地震发生的时间和地点的不确定性，实际地震中得到的近断层地震记录很少。
从上世纪末的几次强烈地震尤其是1994 年美国Northridge 地震、1995 年日本Kobe 地震、1999 年土耳其Izmit 地震和Duzce 地震以及1999 年我国台湾Chi-Chi 地震中获得的大量近断层地震记录，证实了极震区震害集中性与强震动的关联性，并为进一步研究地震的发生机理和发展过程提供了宝贵的基础数据资料。
许多学者对近断层地震记录的幅值、频谱等特性开展了分析研究，发现近断层地震动与远场地震动有显着差别，并逐步发现了断层破裂方向性效应、滑冲效应、上盘效应和强烈竖向地震动等特性。
这些显着的近断层地震动特性对工程结构的地震响应以及失效破坏影响较大。
进入本世纪以来，近断层地震动特性及其对工程结构的地震响应和抗震设计规范的影响研究取得了长足的进步，并已取得了丰硕成果。
作者参考大量文献资料，首先对近断层地震动特性的研究进展进行系统的回顾和总结; 然后，分别介绍水平和竖向近断层地震动对工程结构的地震响应的研究进展，并进行初步分析和总结; 进一步就近断层地震动对抗震设计反应谱和规范的影响进行概况总结; 最后，提出在近断层地震动特征及其对工程结构地震响应的影响方面仍存在的问题和有待进一步开展研究的内容。
1 近断层地震动特性关于近断层地震动的名称，目前国内主要有近场、近断层和近源等 3 种，对应国外的名称分别为near-field、near-fault 和near-source，在一般的研究多没有特意区分，本文中称之为近断层。
断层活动对地下结构的影响分析和抗震设计技术研究
断层活动对地下结构的影响分析和抗震设计技术研究地震是自然界一种破坏力极强的地质灾害事件，而断层活动是地震产生的主要原因之一。
在地震中，断层活动引起的地面破裂、地震波传播等一系列变化对地下结构造成了巨大的不利影响。
因此，对断层活动对地下结构的影响进行分析和研究，并在抗震设计中应用相关技术成为了极为重要的课题。
首先，断层活动会造成地表的破裂与位移，从而引发地震波的传播。
这些地震波在传播过程中会对地下结构造成动力荷载，导致地下结构的震动响应。
在地震波中，水平地震波会导致地下结构产生水平位移和摩擦力，垂直地震波则会引起地下结构的垂直位移和挤压力。
这些位移和力对地下结构的稳定性和安全性造成了很大的威胁。
其次，断层活动还会导致地下水系统发生改变，进而对地下结构产生一系列的影响。
地下水是构筑物周围存在的一种重要力学环境。
在地震中，地下水的流动受到断层活动的干扰，可能会引发地下水位的变化、水压的增加等情况。
这些变化会对地下结构的承载能力和稳定性产生直接影响，增加了地下结构的风险。
为了对断层活动对地下结构的影响进行分析和研究，以及提高地下结构的抗震能力，需要开展抗震设计技术的研究。
首先，需要进行地震活动潜能评估，以确定地下结构所处地区可能的地震威胁。
这需要收集相关的地震活动和断层活动的数据，并进行地震活动性评估和预测。
通过将断层活动的数据与地下结构的设计参数相结合，可以对地下结构的抗震需求进行合理评估。
其次，需要开展地震作用下地下结构的数值模拟及动力响应分析。
通过使用现代计算机软件和数值模拟方法，可以对地震波荷载传递过程进行模拟，从而预测地下结构在地震事件中的响应。
这些分析包括地下结构的位移、应力、变形、振动频率等方面的研究，可以为抗震设计提供重要的参考依据。
此外，还需要进行地下结构抗震设计的优化研究。
优化设计可以通过改进结构的几何形状、材料选择、连接方式、结构布局等方面，提高地下结构的抗震能力。
例如，采用合适的基础形式和处理地表沉降的方案可以减少地震波对地下结构的影响。
近断层地震动的基本特征
近断层地震动的基本特征
近断层地震动是指发生在地震震源附近断层带附近的地震动。
由于近断层地震动的震
源距离相对较近，地震波在传播过程中会经历复杂的反射、折射、衍射等现象，从而呈现
出一些特殊的震动特征。
1. 高频强度较大
近断层地震动的震源距离相对较近，地震波的高频成分有相对较大的能量，因此近断
层地震动的高频强度较大。
这种高频强度较大的地震动在建筑物的高层结构中容易造成较
大的振动影响，对建筑物的安全性具有重要影响。
2. 短周期成分较多
近断层地震动中短周期成分的能量也相对较大，这种地震动对建筑物的破坏作用也比
较明显。
其中，短周期地震动通常指周期在0.1秒左右的地震波动，这种地震波动容易引
起建筑物结构的共振，造成建筑物倒塌。
3. 破裂前震动存在
近断层地震动的特征之一是破裂前震动。
破裂前震动是指在震源发生断裂之前，产生
的微弱地震信号。
由于破裂前震动含有大量的信息，可以用于地震预警、地震监测等方面，对于减轻地震灾害具有重要的作用。
4. 方向性较强
近断层地震动是由于地震源附近断层带的运动而产生的，因此具有一定的方向性。
这
种方向性会影响地震波在传播过程中的传播路径和速度，最终导致地震动的效应具有一定
的不均匀性。
总之，近断层地震动具有高频强度较大、短周期成分较多、破裂前震动存在以及方向
性较强等特点。
针对这些特点，需要在设计和修建建筑物时采取相应的抗震加固措施，以
增强建筑物的抗震能力。
此外，需要加强地震预警和监测机制，提高人们抗震意识和应对
能力。
近断层地震作用下基础隔震结构抗倾覆性能的分析
近断层地震作用下基础隔震结构抗倾覆性能的分析杜永峰;徐超;李慧【摘要】The overturning resistant performance of base-isolated structures subjected to near-fault earth quake was analyzed. The formula of the ratio of anti-over turning moment to overturning moment was established first and then five records of near-fault pulse-like ground motion and far-field earthquake were chosen, respectively, to set up the analysis model of framed anti-vibration structure. The influence of the earthquake intensity and the pulse effect of near-fault ground motion action on the overturning resistant performance of base-isolated structure was analyzed. The numerical computation result showed that base-isolated structure would exhibit worse overturning resistant performance with larger seismic peak acceleration. The ratio of anti-overturning moment to overturning moment decreased by more than 40% under rare earthquake of scale 7 when compared to that of scale 9. The pulse effect of near-fault ground motion action on overturning resistant performance of base-isolated structure was worse compared with far-field earthquake. Much more disciplinary action must be taken against the overturning resistant property of base isolated buildings during the design in near-fault area.%分析基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的抗倾覆性能.首先建立隔震结构抗倾覆比的计算公式;然后选取近断层脉冲型地震动和远场非脉冲型地震动记录各5条,建立框架隔震结构分析模型,分析地震烈度及近断层地震动脉冲效应对基础隔震结构抗倾覆性能的影响.数值计算结果表明,地震动加速度峰值越大,基础隔震结构的抗倾覆性能越差,9度罕遇地震时的隔震结构抗倾覆比值较7度罕遇地震下减小40％以上;与远场非脉冲型地震相比,近断层脉冲型地震动对基础隔震结构抗倾覆性能的影响更为不利;近断层地区隔震结构设计时对抗倾覆性能应该采取更为严格的标准.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2012(038)005【总页数】5页(P111-115)【关键词】基础隔震;近断层地震动;抗倾覆;脉冲效应【作者】杜永峰;徐超;李慧【作者单位】兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州 730050;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州 730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州 730050;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TU311.2;TU352.1最近几次大地震，如汶川地震（2008年）、玉树地震（2010年）等，在近断层区域造成大量建筑结构破坏.目前国内外灾后重建过程中于近断层地区修建的基础隔震结构明显增多，且建筑高度日益增加.近断层地震动中包含动态长周期脉冲，近断层区结构的最大地震反应明显大于远场地震作用下的地震反应，因此，隔震结构在近断层地震下的抗倾覆问题受到工程技术人员的关注［1-3］.国内外专家学者对基础隔震结构抗倾覆特性进行了相关研究.王伟刚等［4］对隔震结构考虑动力影响的抗倾覆问题进行了研究，分析了隔震结构在水平地震作用下的受力状态和影响隔震结构倾覆的条件.李宏男等［5］采用 Newmark-β法，研究了地震动峰值、场地条件、隔震层刚度、上部结构刚度、橡胶垫布置方式等因素对隔震结构高宽比限值的影响.吴香香［6］通过对一栋6层的框架结构输入与不同场地条件对应的地震波研究了竖向地震动对隔震结构高宽比限值的影响.Woo-Jung Chung等［7］进行了隔震结构与传统抗震结构的振动台实验，研究了不同场地上结构进行基础隔震与非隔震的抗倾覆力矩比值.杜永峰等［8］对双向地震输入的基础隔震结构抗倾覆特性进行了研究.上述对于隔震结构抗倾覆性能的研究主要采用远场地震波作为外部输入，对基础隔震结构在近断层脉冲型地震动下的抗倾覆特性却鲜有研究.本文首先建立隔震结构抗倾覆比的计算公式，然后选取集集地震中硬土场地上5个不同测站处记录的近断层脉冲型地震动和远场非脉冲地震动，以2个不同高宽比的隔震框架结构为模型进行数值模拟，分析地震烈度及近断层地震动的脉冲效应对基础隔震结构抗倾覆特性的影响.1 隔震结构倾覆力矩与抗倾覆力矩的简化公式1.1 隔震结构的运动方程结构在水平-竖向地震作用下的运动方程可表示为式中：U、?、分别为结构体系各层位移、速度、加速度向量；M、C、K分别为体系质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵.其中分别为水平、竖向的地震加速度；质量矩阵为式中：m、J分别为结构楼层质量和转动惯量矩阵.阻尼矩阵为式中：C b为隔震层附加阻尼矩阵；C r为上部结构阻尼矩阵.刚度矩阵为式中：K x、K z 分别为结构在x、z 方向的刚度；K xθ、K zθ分别为结构x、z方向的平扭刚度；Kθ为结构的扭转刚度矩阵.1.2 水平地震作用产生的倾覆力矩水平地震作用在隔震层形成的倾覆力矩M o可表示为式中：m b 为隔震层的质量为第i层楼面的水平绝对加速度；h i为第i层楼面距基础顶面的距离为地面地震动加速度.在利用有限元软件进行数值分析过程中，通过提取上部结构各层和隔震层的水平地震加速度响应，即可求出结构各层的倾覆力矩，进而得到整个结构的倾覆力矩. 1.3 隔震结构的抗倾覆力矩隔震结构的抗倾覆力矩主要由上部结构自重提供，本文在计算时考虑了上部结构各层重心相对于初始位置的偏移，如图1所示.图1 上部结构重心偏移示意图Fig.1 Offset of centroid of upper structure以结构变形后各层形心到最外侧边缘隔震支座轴线的距离为相应楼层的抗倾覆力矩力臂，则隔震结构的抗倾覆力矩M R可表示为式中：G b、Gi分别为隔震层和上部结构各层的永久荷载标准值；r b、r i分别为隔震层和上部结构各层的初始形心位置到最外侧边缘隔震支座轴线的距离；Δx i 为时程分析过程中结构第i层重心相对于隔震层底部形心在水平方向的偏移量.综合式（7，8）可知，隔震结构的抗倾覆比可表示为2 数值计算在近断层地区，多维地震动的竖向成分更加明显［9］.本文应用动力时程分析法，采用水平-竖向的双向地震动输入，竖向加速度峰值取水平向的0.65倍，分别分析不同地震动强度下近断层地震动和远场地震动对结构抗倾覆比的影响及规律.分析中选用集集地震5个测站的地震波记录，见表1.表中PGA为水平向地震动峰值速度，PGV为峰值加速度.其中，每一测站均取近断层脉冲型地震［10-11］（PGV ／PGA＞0.2）、远场非脉冲型地震记录各1条，并用各地震波作用下所得的隔震结构抗倾覆比值的平均值和变异系数，来体现所选地震波的随机性对于分析结果的影响.在整个分析过程中，隔震垫的拉、压应力变化范围在允许范围内（橡胶垫最大压应力限值30 MPa，最大拉应力限值1 MPa）.表1 地震记录参数Tab.1 Seismic record parameters类别测站离断层距离／km PGA／（cm·s-2）水平竖向水平PGV／（cm·s-1）水平PGV与PGA比值／s脉冲持时／s TCU052 0.66 340 235 159.00 0.468 8.5 TCU075 1.49 326 222 88.30 0.271 5.1近断层 TCU101 2.94 198 166 75.40 0.381 10.0 TCU104 13.60 83 81 47.20 0.569 7.3 TCU136 8.97 173 121 47.50 0.275 7.9 TCU052 37.70 82 39 5.80 0.070 忽略TCU075 30.75 45 20 2.87 0.060 忽略远场 TCU101 49.70 53 28 2.17 0.040 忽略TCU104 57.15 74 52 2.62 0.040 忽略TCU136 66.88 10 6 1.39 0.140 忽略2.1 隔震结构分析模型采用有限元软件Sap2000，建立不同高宽比的2个钢筋混凝土框架基础隔震结构模型，分别考虑近断层脉冲型地震、远场非脉冲型地震，进行水平与竖向地震共同作用下的抗倾覆特性分析.模型一：某6层框架隔震结构，如图2、3所示.框架柱截面尺寸0.6 m×0.6 m，梁0.3 m×0.6 m，隔震层梁0.35 m×0.8 m，板厚0.15 m；混凝土强度等级框架柱C30，梁板C25.首层层高4 m，其他层3 m，结构高宽比为1.58.隔震层铅芯橡胶支座类型为LRB700-140，支座采用双线性恢复力模型，竖向刚度3.281×109 N／m，剪切变形100%时的等效水平刚度2.313×106 N／m，屈服前水平刚度1.22×107 N／m，屈服力123.1 k N，屈服后强度比0.13.阻尼为瑞利阻尼，等效阻尼比0.05.图2 框架隔震结构平面图Fig.2 Plan view of isolated frame structure图3 框架隔震结构模型Fig.3 Model of isolated frame structure模型二：某8层框架隔震结构（图2），框架柱截面尺寸0.6 m×0.6 m，梁0.3m×0.6 m，隔震层梁0.35 m×0.8 m，板厚0.15 m；混凝土强度等级框架柱C30，梁板C25.首层层高4 m，其他层3 m，结构高宽比为2.08.隔震层设置同模型一. 2.2 计算结果及分析为体现近断层脉冲型地震与远场非脉冲型地震作用下结构的不同响应特点，将模型一在水平地震加速度峰值2.2 m／s2时，各层最大加速度均值及最大位移均值列于表2.表2 7度罕遇地震下隔震结构各层最大位移均值、最大加速度均值及其变异系数Tab.2 Mean value and variance coefficient of max displacement and acceleration of each floor under rare earthquake of scale 7楼层加速度均值变异系数位移均值变异系数近断层远场近断层远场近断层远场近断层远场隔震层 1.81 0.74 0.52 0.63 119 27 1.11 0.68 1层 1.79 0.72 0.49 0.58 123 291.10 0.67 2层 1.77 0.68 0.46 0.56 126 30 1.09 0.67 3层 1.74 0.66 0.43 0.59 128 31 1.09 0.67 4层 1.78 0.70 0.45 0.65 130 32 1.08 0.67 5层 1.83 0.770.49 0.68 131 32 1.08 0.67 6层 1.86 0.79 0.52 0.69 132 33 1.08 0.67从表2中可以看出，近、远震作用下隔震结构的地震响应相差很大.7度罕遇地震作用下，远场地震引起的结构隔震层位移仅为27 mm，而近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移达到了119 mm，隔震层位移相差近90 mm.在各层加速度响应方面，近断层地震作用下上部结构各层加速度最大值达到远场地震下相应最大值的2倍多，对隔震结构倾覆力矩的影响更为明显.各测站近断层、远震作用下加速度与位移响应值相差较大，其中尤以近断层地震作用下各层位移值的差异明显，其变异系数超过1，这与各测站所选定的特定地震波记录有关.将各测站处地震记录的加速度峰值调幅后，求出在近断层和远场地震不同加速度峰值下的结构抗倾覆比变化情况，如图4、5所示.表3、4为不同加速度峰值下的结构抗倾覆比均值及变异系数.图4 不同水平地震加速度峰值影响下的抗倾覆比（6层）Fig.4 Overturning resistant ratio under different horizontal seismic peak acceleration（6 storeys）图5 不同水平地震加速度峰值影响下的抗倾覆比（8层）Fig.5 Overturning resistant ratio under different horizontal seismic peak acceleration（8 storeys）表3 不同水平地震加速度峰值下的抗倾覆比均值及变异系数（6层）Tab.3 Mean of overturning resistant ratio and coefficient of variation under different horizontal seismic peak acceleration（6 storeys）加速度峰值／（m·s-2）变异系数抗倾覆比均值（β-）近断层远场近断层远场2.2 3.62 9.13 0.37 0.61 3 2.91 6.81 0.33 0.51 4 2.22 5.48 0.38 0.43 5 1.82 4.62 0.39 0.42 6.2 1.53 4.02 0.29 0.37表4 不同水平地震加速度峰值下的抗倾覆比均值及变异系数（8层）Tab.4 Mean of overturning resistant ratio and coefficient of variation under different horizontal seismic peak acceleration（8 storeys）加速度峰值／（m·s-2）变异系数抗倾覆比均值（β-）近断层远场近断层远场2.2 2.80 6.11 0.27 0.71 3 1.87 4.73 0.27 0.75 4 1.45 3.90 0.31 0.83 5 3.41 0.79 6.2 2.99 0.74从图4、5可以看出，随着地震加速度峰值的增大，近断层、远场地震作用下隔震结构的抗倾覆比逐渐减小.对于模型一，当水平地震加速度峰值从2.2 m／s2增大至6.2 m／s2时，在近断层地震作用下的抗倾覆比由3.62减小至1.53，减小了42.3%；在远场地震作用下的抗倾覆比减小了44%左右.模型二在近断层地震水平加速度峰值为5 m／s2时隔震层位移已经超出限值，水平地震加速度峰值由2.2 m／s2增大至4 m／s2时，抗倾覆比减小了38%；在远场9度罕遇地震作用下隔震层未失效，抗倾覆比与7度罕遇地震时相比减小了51%.表明隔震结构的抗倾覆稳定性受地震加速度峰值的影响明显，且高宽比变大后这一特点表现更明显. 从表3、4中可以看出，近断层脉冲型地震作用下隔震结构抗倾覆比值明显较远场地震作用下大.相同地震加速度峰值对应的结构抗倾覆比，远场非脉冲地震为近断层脉冲型地震下的2倍多，远场地震在9度罕遇下的结构抗倾覆比甚至大于近断层脉冲型地震在7度罕遇下的值，表明近断层脉冲型地震对于基础隔震结构的抗倾覆性能影响更不利，在近断层地区隔震结构设计时应该对抗倾覆性能采取更为严格的标准.表3、4中，近断层脉冲型地震抗倾覆比的变异系数介于0.27～0.39之间，而远场非脉冲型地震下结构抗倾覆比的变异系数平均值超过0.4，各远场地震记录对应的结构抗倾覆比相差较大.3 结论运用有限元软件Sap2000对叠层橡胶支座隔震结构模型进行非线性模拟.针对给出的算例，分析近断层脉冲型地震对隔震结构抗倾覆性能的影响并与远场非脉冲型地震作用的情况进行对比，得出如下结论.1）地震烈度对隔震结构抗倾覆性能的影响明显.地震烈度越大，隔震结构的抗倾覆比值越小，9度罕遇地震时的隔震结构抗倾覆比值较7度罕遇地震下减小40%以上.2）近断层脉冲型地震作用下隔震结构抗倾覆性能与远场非脉冲地震动相比更不利，说明近断层区域隔震结构设计时应考虑地震动脉冲效应的不利影响.应对隔震结构抗倾覆性能采取更为严格的标准.参考文献：［1］李爽，谢礼立.近场问题的研究现状与发展方向［J］.地震学报，2007，29（1）：102-111.［2］杨迪雄，赵岩，李刚.近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析［J］.防灾减灾工程学报，2007，27（2）：133-140.［3］洪俊青，包华.近断层水平-竖向地震作用下基础隔震结构的动力响应［J］.工业建筑，2011，41（4）：11-15.［4］王伟刚，盛宏玉.隔震结构考虑动力影响的抗倾覆研究［J］.合肥工业大学学报：自然科学版，2005，28（1）：68-70.［5］李宏男，吴香香.橡胶垫隔震支座结构高宽比限值研究［J］.建筑结构学报，2003，24（2）：14-19.［6］吴香香，孙丽，李宏男.竖向地震动对隔震结构高宽比限值的影响分析［J］.沈阳建筑工程学院学报，2002，18（2）：81-84.［7］ CHUNG W J，YUN C B，KIM N S.Shaking table and pseudodynamic tests for the evaluation of the seismic performance of base-isolated structures ［J］.J of Engineering Structures，ASCE，1999，21（4）：365-379.［8］杜永峰，李慧.双向地震激励下隔震结构抗倾覆特性的数值分析［J］.计算机辅助工程，2011，20（1）：42-46.［9］包华，洪俊青.近断层地震作用下基础隔震结构的振动分析［J］.工程抗震与加固改造，2011，33（6）：38-44.［10］ LIAO W I，LOH C H，WAN S.Earthquake response of RC 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地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤影响研究
地震动频谱特性对隔震结构响应及损伤影响研究杜东升;王曙光;刘伟庆;李威威【摘要】针对地震动复杂频谱特性对隔震结构响应及损伤影响进行研究，用加速度反应谱平均周期 Tr表征地震动周期特性，用 Bouc-Wen 模型及刚度退化的Bouc-Wen 模型分别描述隔震层与上部楼层的滞变特性，建立隔震结构的质点系非线性分析模型，考虑隔震支座压剪相关性与拉压性能差异建立隔震体系损伤指数模型，分析不同地震动输入加速度幅值及不同 Tr与对隔震结构地震反应、损伤影响规律。
分析表明，在地震动高频范围内隔震结构响应随输入加速度峰值增加而增加，但对长周期地震动，输入加速度峰值对隔震结构地震反应影响较小，地震反应呈较大离散性、无规律性；在相同加速度幅值输入下隔震层地震反应、损伤的离散性远大于上部结构，在共振区内虽出现最大地震反应，但也会出现较小地震反应，表明隔震结构瞬时共振为非常复杂的过程。
研究可为揭示地震动特性与隔震结构地震反应及损伤的关联性提供分析依据。
%The nonlinear characteristics of a base isolated structure and the time-variation of excitation frequency on it make the effect of earthquake ground motion on structural responses and damages very complicated.The average period Tr of response spectrum was used to represent the cyclical nature of earthquake ground motion.The base isolated structure was simplified to a two-mass model,and the Bouc-Wen model and the stiffness degradation of Bouc-Wen model were used to simulate the hysteresis of isolation story and superstructure respectively.Referring to the Park-Ang damage index model and considering the compression-shear correlation and tension-compression difference of isolators,the damage index model of theisolated structure was established.The nonlinear seismic responses and damages of the structure under earthquake ground motion with different Tr were analyzed.The results show that the seismic response and damage both increase with the increase of acceleration peak of seismic wave in the range of high frequency,but the seismic response is of discreteness and irregularity under long period seismic wave.The discreteness of seismic response of isolation layer is larger than that of sup-structure.In resonance region,there may appear the highest seismic response,but it is also possible to see a rather lower seimic response,which indicates that the instantaneous resonance of isolated structure is a complex phenomenon. The study reveals the characteristics of earthquake ground motion and the resulted seismic responses and damages of base isolated structures.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】7页(P203-208,213)【关键词】频谱特性;隔震结构;反应谱平均周期;损伤【作者】杜东升;王曙光;刘伟庆;李威威【作者单位】南京工业大学土木工程学院，南京 210009;南京工业大学土木工程学院，南京 210009;南京工业大学土木工程学院，南京 210009;南京工业大学土木工程学院，南京 210009【正文语种】中文【中图分类】TU352.1第一作者杜东升男，博士，副教授，1976年生邮箱：*************Key words:spectral characteristic; base isolated structure; average period of response spectrum; damage目前对地震动频谱特性研究已有丰富成果[1-5]，但不同频谱特性地震动对结构地震响应及非线性损伤影响规律尚无较系统研究，在地震作用下隔震结构随位移变化其自振频率亦不断变化，致该影响更复杂。
地震动频谱特性对隔震结构非线性地震响应的影响
地震动频谱特性对隔震结构非线性地震响应的影响沈绍建;刘伟庆;杜东升;王曙光【摘要】采用等效线性化方法建立隔震结构不同周期的单质点分析模型,用加速度反应谱平均周期(Tr)表征地震动频谱特性,对不同特性的隔震结构输入Tr在0.3～5.5 s的地震波,研究这些不同频谱特性地震波对不同周期以及不同屈重比隔震结构的影响.结果表明:当隔震周期大于4.0s时,上部结构的加速度和隔震层位移随着Tr 的增大而增大.当隔震周期小于4.0s时,上部结构的加速度和隔震层位移随着Tr的增大先增大后减小.随着Tr的增大,上部结构加速度先随着屈重比的增大而增大,一定范围后,随着屈重比的增大而减小,隔震层的位移随着屈重比的增大而减小.地震动的频谱特性对隔震结构的减震效果影响很大,但隔震结构周期为4.0s左右时可以取得最佳的减震效果.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】隔震结构;加速度反应谱平均周期;屈重比【作者】沈绍建;刘伟庆;杜东升;王曙光【作者单位】南京工业大学土木工程学院,江苏南京211800;南京工业大学土木工程学院,江苏南京211800;南京工业大学土木工程学院,江苏南京211800;南京工业大学土木工程学院,江苏南京211800【正文语种】中文【中图分类】TU375.4随着科学技术的不断进步，自振周期较长的结构形式不断涌现，例如高耸建筑物、大跨度桥梁、空间网架结构以及基础隔震结构等，而可能引起这些自振周期较长的结构发生严重破坏的长周期地震动也引起了人们的广泛注意，人们开始关注对长周期地震动特性的研究，以及这种特性对长周期结构的影响。
长周期地震动按其形成机制可分成近场长周期地震动和远场长周期地震动。
近场长周期地震动形成的主要原因是震源特性，例如断裂传播和体波辐射等;远场长周期地震动的形成主要是因为高频成分随传播距离的衰减以及低频成分因场地因素的放大。
近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计_杨迪雄
第27卷第1期建 筑 结 构 学 报Vol.27,No.1 2006年2月Journal of Building Structures Feb.2006文章编号:1000-6869(2006)01-0042-08近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计杨迪雄,李 刚,程耿东(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116023)摘要:首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。
然后输入El Centro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。
计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。
反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。
关键词:结构抗震;近断层地震动;隔震结构;铅芯橡胶支座;动力优化设计中图分类号:TU352.1 TU318.1 文献标识码:AIntegrated dynamic optimum design of base-isolated structure subjectedto near-fault ground motionsY ANG Dixiong,LI Gang,CHENG Gengdong(State Key Laborator y for Structural Analysis of Industr ial Equipment,Dalian University of Technolo gy,Dalian116023,C hina)A bstract:In the pr esent paper,the pulse-like characteristics and property parameters of near-fault ground motions are discussed firstly.Secondly,the near-fault pulse-like gr ound motions from the Taiwan Chi-Chi earthquake(1999,9,21)are taken as the input,and by using the sequential quadratic programming algorithm with the potential constraints strategy,the integrated optimum design of a multistor y RC base-isolated frame structure with lead-core rubber bearings is conducted,in which the optimum objective is to minimize the maximum story drift and member volume of superstructure,as well as the structural member sizes and the parameters of isolation devices are modified simultaneously.Finally,the integrated base-isolated structure is optimized subjected to the non-pulse-like near-fault ground motions suc h as El Centr o(1940)and Hachinohe(1968)earthquake records.It is concluded fr om the numerical results that the optimal parameters of isolators are reasonable and comparable with the results obtained by other authors using numerous para meter analyses;through the parametric optimum design of base-isolated building subjected to the pulse-like near-fault ground motions,the optimal structure can satisfy simultaneously the structural design r equirement under both the pulse-like and the non-pulse-like near-fault ground motions.Ho wever,through the para metric optimum design of base-isolated building subjected to the non-pulse-like near-fault ground motions,the optimal structure cannot satisfy the structural design requirement under the pulse-like near-fault ground motions.Keywords:seismic design of structures;near-fault ground motion;base-isolated structure;lead-core rubber bearings; optimum design基金项目:国家自然科学基金资助项目(10421002,50578028)和厦门市建设管理局资助项目。
近断层地震动脉冲特性对设备-结构耦合隔震体系响应的影响
近断层地震动脉冲特性对设备-结构耦合隔震体系响应的影响韩淼;蒋金卫;杜红凯;赵鸣鹤
【期刊名称】《地震学报》
【年(卷),期】2022(44)5
【摘要】基于设备-结构耦合隔震体系模型,选取了50条近断层脉冲型地震波,以脉冲周期与结构基本周期比TP/T=1为分界线,分析了周期比和脉冲能量对结构响应的影响,并对穿零次数小于等于5的隔震层位移比与周期比和脉冲能量的关系进行了拟合。
结果表明:脉冲特性对结构的影响主要与周期比TP/T和脉冲能量有关,同时也需考虑速度脉冲对应的加速度曲线穿零次数的影响;此外,设备响应与顶层楼面加速度直接相关,与近断层地震动的脉冲特性则无明显相关性。
【总页数】12页(P891-902)
【作者】韩淼;蒋金卫;杜红凯;赵鸣鹤
【作者单位】北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.1
【相关文献】
1.近断层地震动作用下隔震结构研究现状(Ⅰ)——地震动特性影响与隔震结构参数优化
2.近断层脉冲地震作用下基础隔震体系动力响应
3.近断层脉冲型地震动作用下带限位装置滑移隔震结构动力响应分析
4.近断层脉冲型地震动作用下“先滑后限”的滑移隔震结构动力响应分析
5.设备质量比对设备-结构耦合隔震体系近断层地震响应影响分析
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近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响
近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响杨迪雄;赵岩【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2010(032)005【摘要】选择台湾集集地震和美国北岭地震的近断层地震动记录作为输入, 考察了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同速度脉冲运动对单自由度体系和长周期橡胶支座隔震建筑结构抗震性能的影响. 反应谱分析表明, 破裂向前方向性与滑冲效应对工程结构地震响应的影响是随结构周期变化的. 在中短周期段, 含破裂向前方向性效应地震动的谱加速度值大于含滑冲效应地震动的谱加速度值;而在长周期段, 含滑冲效应地震动的谱加速度大于含破裂向前方向性效应的谱加速度值. 并且, 与无脉冲地震动作用相比, 含破裂向前方向性与滑冲效应脉冲的近断层地震动作用下隔震建筑的地震响应显著增大. 滑冲效应引起的速度脉冲使隔震建筑底部的层间变形和楼层剪力明显增大, 这意味着滑冲效应脉冲比向前方向性效应脉冲对长周期建筑结构的破坏更具危害性.【总页数】10页(P579-587,后插一)【作者】杨迪雄;赵岩【作者单位】中国辽宁大连116023,大连理工大学工程力学系,工业装备结构分析国家重点实验室;中国辽宁大连116023,大连理工大学工程力学系,工业装备结构分析国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P315.9【相关文献】1.近断层地震动方向性效应及超剪切破裂研究 [J], 胡进军2.近断层速度脉冲向前方向性效应和滑冲效应对巨-子结构体系地震反应的影响 [J], 王瑶;谭平;李祥秀;杨奎3.近断层地震破裂方向性效应对装配式混凝土桥墩抗震性能影响试验研究 [J], 陈彦江;梁金宝;许维炳;辛光涛;郭子鹏;苏鹏4.近断层地震动方向性效应对混凝土重力坝累积损伤特性的影响 [J], 张社荣;王宽;王高辉;谭尧升5.近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对典型地铁车站结构动力响应的影响[J], 陶连金;王文沛;张波;王骑虎;魏云杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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表 2 隔震支座参数 Table2 Nhomakorabeaarameters of the isolation bearing
产品型号
剪切模量 （ MPa）
有效直径 （ mm）
总高度 （ mm）
RB600-1
0． 6
600
152
RB600-2
0． 6
基金项目： 北京市教育委员会科技计划重点项目、北京市自然科学基金 重点项目（ KZ201110016020）
作者简介： 韩淼，博士，教授 收稿日期： 2012-04-19
度作为地震动强弱衡量标准［1-2］。 显然，对于地震动这种复杂的随机振动过程采用
少数参数来描述是远远不够的，近年来国内外几次破 坏力空前的大地震（ 如日本 Kobe 地震、中国台湾 ChiChi 地震、中国四川汶川大地震） 都证实了这一点。由 此，采用更多的地震动参数（ 如地震动输入能量、频谱 周期、峰值速度等） 来衡量和估计地震动对结构的破 坏作用势在必行。至今为止各国学者对此都做出了 大量研究，但尚未得到统一的结论［3-8］。
根据上述原则所选择的 19 次典型地震如表 1 所 示。因为加速度峰值的数值差别是近断层地震动与 远场地震动的不同特征之一，故不对地震动记录加速 度峰值调幅。
表 1 选用的近断层地震记录 Table1 Earthquake records utilized in this study
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
· 10 ·
土木工程学报
2013 年
框架基础隔震结构进行时程分析，研究不同自振周期 的基础 隔 震 结 构 在 水 平 单 向 地 震 动 作 用 下 的 地 震 响应。
地震动的输入方向为 X 向，即沿建筑的 长 边 方 向。两个钢框架模型采用相同的结构平面布置： X 向 3 跨，每 跨 6m； Y 向 2 跨，每 跨 6m。底 层 层 高 均 为 4． 2m，其他层层高均为 3． 5m，每个柱底设置一个隔震
结构地震响应的分析不仅取决于对地震动输入 特性的认 识，同 时 也 取 决 于 对 结 构 系 统 特 性 的 认 识。 基础隔震结构通过在建筑的基础与上部结构之间设 置隔震层，增大结构自振周期以避开地震动的特征周 期，从而减小地震作用。因其优良性能在经过理论与 实践的不断检验后，近些年在世界范围内发展势 头 迅猛。
Landers Northridge Kobe，Japan Kocaeli，Turkey Chi-Chi，Taiwan
发生时间 1987 1989 1992 1992 1992 1994 1995 1999 1999
震级 6． 54 6． 93 6． 93 7． 01 7． 28 6． 69 6． 90 7． 51 7． 62
移、上部结构顶层最大位移、顶层最大加速度、层间最 大剪力等动力响应参数与近断层地震动特征参数之 间的相关关系。
1 近断层地震动记录选择
选择全球 19 次典型近断层地震的 120 条地震记 录，作为输入结构的地震荷载。120 条近断层地震动 记录选自美国太平洋地震工程研究中心（ PEER） 数据 库，选择原则如下：
（ 1） 根据大多数学者公认的近断层地震定义，在 PEER 数据库中检索断层距不大于 20km 的地震记录；
（ 2） 为突出近断层地震异于远场的强度特征，在 PEER 数 据 库 中 检 索 矩 震 级 不 小 于 5． 5 级 的 地 震 记录；
（ 3） 为突出近断层地震动的强地面运动特性，在 PEER 数据库 中 检 索 峰 值 加 速 度 大 于 0． 1g 的 地 震 记录。
条数 5 13 2 3 2 21 5 2 19
2 结构分析模型
由于主要研究近断层地震动特征参数与基础隔 震结构的地震响应参数之间的相关关系，对结构分析 模型采用两个基本假设： 上部结构反应在弹塑性范围 内； 楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为零。
我国抗震规范（ GB 50011—2010） 规定： 对于多层 砌体结构及与砌体结构周期相当的结构采用隔震设 计时，隔震后体系的基本周期，不应大于 2． 0s 和 5 倍 特征周期的较大值。考虑到一部分隔震结构的自振 周期 小 于 2． 0s，本 文 采 用 有 限 元 结 构 分 析 软 件 SAP2000 分别对一栋自振周期小于 2． 0s 的三层钢框 架基础隔震结构和一栋自振周期大于 2． 0s 的六层钢
支座，每个框架采用 12 个隔震支座。以自振周期为控 制目标，两个钢框架采用不同的构件尺寸及隔震 支 座，三层钢框架的自振周期为 T1 = 1． 496s，六层钢框 架的自振周期为 T1 = 2． 214s。隔震支座的具体参数 如表 2 所示，通过模态分析得到两栋隔震结构的第一 阶振型图如图 1 所示，由图可看到，隔震上部结构第一 振型为平动。
震级 6． 61 5． 74 6． 53 6． 06 6． 19 6． 76 6． 06 6． 19 5． 80 5． 99
条数 1 1 17 3 4 1 3 2 3 13
编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19
地震事件 Superstition Hills
Loma Prieta Erzican ，Turkey Cape Mendocino
但是这些按照远场地震动设计的基础隔震结构 一旦遭遇近断层地震动，易导致隔震层变形超过设计 变形极限，造 成 隔 震 失 效、结 构 破 坏。 如 何 考 虑 近 断 层地震作用下基础隔震结构的设计也被越来越多的 学者所关注，但由于目前能够收集到的实际工程破坏 资料很少，所 以 这 方 面 的 研 究 成 果 较 少，还 需 要 进 行 更多探索。
第 46 卷第 6 期 2 0 1 3 年6月
土木工程学报
CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
Vol． 46 Jun．
No． 6 2013
近断层地震动特征参数对基础隔震结构 地震响应的影响分析
韩 淼 段燕玲 孙 欢 绳 雯
（ 北京建筑工程学院，北京 100044）
摘要： 近断层地震动有着不同于远场地震动的特征。对两个具有典型代表意义的不同自振周期的钢框架基础隔震 结构分别输入 120 条近断层地震波，分析隔震结构的隔震支座位移、上部结构顶层最大位移、顶层最大加速度、层间 最大剪力等动力响应参数，与近断层地震动 8 个特征参数（ 断层距、地面峰值加速度、地面峰值速度、地面峰值位 移、峰值速度与峰值加速度的比值、地震动持时、输入能、脉冲周期与自振周期的比值的相关性，比选出相关性强的 能表征近断层地震动破坏作用的主要参数，为基础隔震结构设计选用近断层地震动提供依据。 关键词： 近断层； 地震动特征参数； 基础隔震； 地震响应； 相关性 中图分类号： TU352． 1 + 2 TU435 文献标识码： A 文章编号： 1000-131X（ 2013） 06-0008-06
Influence of characteristics parameters of near-fault ground motions on the seismic responses of base-isolated structures
Han Miao Duan Yanling Sun Huan Sheng Wen
地震事件 San Fernando Coyote Lake Imperial Valley Mammoth Lakes Morgan Hill Nahanni，Canand N． Palm Springs Chalfant Valley San Salvador Whittier Narrows
发生时间 1971 1979 1979 1980 1984 1985 1986 1986 1986 1987
基于以往学者的研究成果，本文选择近断层地震 动的 8 个特征参数（ 断层距、地面峰值加速度（ PGA） 、 地面峰值速度（ PGV） 、地面峰值位移（ PGD） 、峰值速 度与峰值加速度的比值（ PGV / PGA） 、地震动持时、输 入能、脉冲周期与自振周期的比值（ Tp / T1 ） ） ，选取 120 条近断层地震波，分析基础隔震结构的隔震支座 位
（ Beijing University of Civil Engineering ＆ Architecture，Beijing 100044，China）
Abstract： The characteristics of near-fault ground motion differ from those of far-field ground motion． The correlation coefficient between the dynamic responses of base-isolated structures and the parameters of near-fault ground motions were studied． Dynamic responses of base-isolated structures may include the displacement of isolation bearing，the maximum displacement and the maximum acceleration at the top level of superstructure and the maximum inter-story shear，while the parameters of near-fault ground motions include fault distance，peak ground acceleration，peak ground velocity，peak ground displacement，the ratio of peak ground velocity and peak ground acceleration，seismic duration， input energy，the ratio of pulse period and natural period of vibration． 120 near-fault seismic waves and two base-isolated structures with their own natural periods were employed in this study． The main parameters which can effectively characterize the damaging effects of near-fault ground motion are compared and selected for the base-isolation design in near-fault area． Keywords： near-fault； seismic characteristic parameter； base-isolation； seismic response； correlation coefficient E-mail： yolanda456@ 126． com