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SV和SH波垂直入射下二维盆地-子盆地共振对比研究

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地震工程与工程振动 2024年第3期44卷 146-156页

作者：刘昇刘启方苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215009

盆地-子盆地中的子盆地除了底部直达的入射体波外,还存在大盆地产生的横向传播的面波入射,导致子盆地共振特性的变化。基于显式有限元法,对比分析了SH波和SV波垂直入射下,子盆地基底阻抗比、大盆地倾角和半宽对二维梯形盆地-子盆地的二... 详细信息

盆地-子盆地中的子盆地除了底部直达的入射体波外,还存在大盆地产生的横向传播的面波入射,导致子盆地共振特性的变化。基于显式有限元法,对比分析了SH波和SV波垂直入射下,子盆地基底阻抗比、大盆地倾角和半宽对二维梯形盆地-子盆地的二维共振频率及其对应放大系数的影响。研究表明:受大盆地产生的横向传播面波的影响,子盆地的速度峰值PGV和累积能量Ex最大值均有明显放大,且SV波入射下的放大系数大于SH波;子盆地基底阻抗比对盆地-子盆地的PGV最大值、Ex最大值、二维共振频率及其对应放大系数影响较大,大盆地倾角和半宽的影响不大。SV波和SH波入射下子盆地二维共振频率较单一小盆地均有所增加,且同阻抗比下SV波入射的增幅大于SH波。SH波入射下二维共振频率下的放大系数基本大于单一小盆地,而SV波在低阻抗比下低于单一小盆地,高阻抗比下高于单一小盆地和SH波入射下的结果。SV波入射下盆地-子盆地的二维共振频率及其对应放大系数受大盆地的影响较SH波更大。

关键词：盆地-子盆地显式有限元法二维盆地共振阻抗比

黏弹性人工边界的地震波参考波场选取方法比较分析

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地震工程与工程振动 2024年第2期44卷 183-193页

作者：宋贞霞蒋永攀丁海平苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011

土-结构动力相互作用分析需要引入人工边界对无限域进行模拟,黏弹性人工边界是目前常用人工边界之一。在使用人工边界时,作为地震波动输入的地震波参考波场选取很关键,不同参考波场选取方法的计算精度有很大差异。假定均匀半空间、成层... 详细信息

土-结构动力相互作用分析需要引入人工边界对无限域进行模拟,黏弹性人工边界是目前常用人工边界之一。在使用人工边界时,作为地震波动输入的地震波参考波场选取很关键,不同参考波场选取方法的计算精度有很大差异。假定均匀半空间、成层场地、凹陷地形和含地下结构等4种二维场地模型,采用ANSYS有限元软件结合黏弹性人工边界计算工具,考虑SV波垂直入射和30°倾斜入射2种情形,分别对采用3种不同参考波场输入的计算精度进行了详细比较,结果表明:当土-结构动力相互作用计算模型的所有人工边界均选用自由场作为参考波场时,计算结果精度最高。

关键词：土-结构动力相互作用黏弹性人工边界参考波场二维场地 ANSYS

基于谱元法的含饱和土层沉积盆地地震效应研究

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工程力学 2024年

作者：于彦彦陈宇嘉丁海平苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室

基于传递矩阵法发展了一种平面波垂直和斜入射条件下，适用于非等间距谱元节点的波动自由场计算方法。在此基础上，结合高精度谱元法和多次透射公式实现平面波入射下局部饱和复杂场地波动散射问题的模拟。基于该方法，探究了SV波入射时... 详细信息

基于传递矩阵法发展了一种平面波垂直和斜入射条件下，适用于非等间距谱元节点的波动自由场计算方法。在此基础上，结合高精度谱元法和多次透射公式实现平面波入射下局部饱和复杂场地波动散射问题的模拟。基于该方法，探究了SV波入射时考虑近地表饱和沉积土层的加拿大Kitimat沉积盆地的地面运动特征。通过与线弹性沉积盆地结果的对比，分析了饱和沉积土层对具有复杂几何基底和分层土层的二维盆地地表地震动放大效应的影响。结果表明：本文方法对于局部饱和场地地震动的模拟具有较高精度。考虑饱和土层时盆地地表地震动增强，水平分量位移峰值放大系数1.08左右，垂直分量最大1.8，但地震动峰值分布特征与单相介质盆地类似。饱和介质盆地中面波的频散现象更显著且持续时间更长，不同震相之间形成更强烈的相长干涉现象。部分场点卓越频率偏移，同时频域内放大特征也有明显改变，且不同频率对应的最大差异的位置与土层厚度有较好相关性。随孔隙率增大，饱和盆地地表位移幅值增大，同时对面波的形成和传播产生影响。

关键词：饱和土层盆地地震效应谱元法多次透射边界

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腹板开孔耗能支撑框架结构抗震性能研究

建筑钢结构进展 2024年第6期26卷 33-44页

作者：徐星渊赵宝成苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011

钢框架中心支撑结构是一种双重抗侧力结构体系,为避免水平荷载作用下中心支撑斜杆发生失稳,提出一种矩形钢管腹板开孔耗能支撑,其与钢框架采用高强螺栓连接,进而形成耗能支撑框架结构,耗能支撑发生破坏后易于替换。耗能支撑的耗能板件... 详细信息

钢框架中心支撑结构是一种双重抗侧力结构体系,为避免水平荷载作用下中心支撑斜杆发生失稳,提出一种矩形钢管腹板开孔耗能支撑,其与钢框架采用高强螺栓连接,进而形成耗能支撑框架结构,耗能支撑发生破坏后易于替换。耗能支撑的耗能板件采用对称开孔与S形开孔两种形式,利用ABAQUS有限元软件,分析了耗能腹板厚度、长度、开孔间距等参数对耗能支撑以及支撑框架滞回性能的影响。研究结果表明:两种开孔形式的耗能支撑框架结构的支撑斜杆均未发生失稳,结构滞回曲线饱满,无捏缩现象。耗能支撑主要依靠开孔腹板的孔间板件率先进入塑性状态来耗散大部分能量。与S形开孔形式相比,对称开孔形式的耗能支撑框架结构的承载力与刚度更大,但在加载后期,S形开孔形式耗能支撑框架结构变形大的优势发挥得更明显,耗能效率高。

关键词：耗能支撑框架腹板开孔形式滞回性能耗能能力

连梁可替换的摇摆钢支撑框架结构抗震性能研究

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工程力学 2024年

作者：江浩赵宝成路冰苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室

在摇摆钢支撑的柱脚处设置耗能部件，并通过耗能连梁与两侧框架连接形成连梁可替换的摇摆钢支撑框架结构，这种结构具有耗能能力强、耗能部件可替换以及层间变形均匀等优点。为了研究其抗震性能，设计并制作了腹板开单椭圆孔型（LRBF-1... 详细信息

在摇摆钢支撑的柱脚处设置耗能部件，并通过耗能连梁与两侧框架连接形成连梁可替换的摇摆钢支撑框架结构，这种结构具有耗能能力强、耗能部件可替换以及层间变形均匀等优点。为了研究其抗震性能，设计并制作了腹板开单椭圆孔型（LRBF-1）、腹板开菱形孔型（LRBF-2）及不锈钢加劲肋型（LRBF-3）三种耗能连梁形式的摇摆钢支撑框架试件，对试件进行低周往复加载试验，并进行了有限元模拟分析。结果表明：三个试件的滞回曲线均比较饱满，耗能性能优越，同级循环荷载作用下强度基本没有下降。塑性变形集中在耗能部件上，震后可以通过更换耗能部件快速恢复结构使用功能。开单椭圆孔、菱形孔型耗能连梁变形能力良好，耗能性能较好；不锈钢加劲肋型具有更高的极限承载力，刚度下降较缓。耗能部件采用高强度等级的钢材可以增加结构的承载能力和刚度，但过高的钢材强度会使结构的耗能效率低，耗能部件钢材选用应与主体结构相匹配；增加耗能连梁腹板厚度对结构的承载能力、刚度和加载后期耗能效率均有明显提升。

关键词：摇摆钢支撑耗能连梁耗能柱脚钢支撑滞回性能

考虑土体非线性及倾角影响的盆地地震响应研究

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地震工程学报 2024年第2期46卷 421-430页

作者：丁昕于彦彦丁海平苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215009

基于二维沉积盆地模型,采用D-P弹塑性模型模拟盆地的非线性特征。利用显式有限元与黏弹性边界结合的方法,通过改变盆地边缘倾角,在时域和频域内分析盆地地表的地震动响应,对比线性与非线性盆地地震反应的差异。结果表明:(1)土体非线性... 详细信息

基于二维沉积盆地模型,采用D-P弹塑性模型模拟盆地的非线性特征。利用显式有限元与黏弹性边界结合的方法,通过改变盆地边缘倾角,在时域和频域内分析盆地地表的地震动响应,对比线性与非线性盆地地震反应的差异。结果表明:(1)土体非线性对整个盆地范围内地震动的影响都较显著。考虑非线性时地震动放大系数明显降低,降低幅度在30%~50%。同时,考虑非线性和倾角影响时最强烈放大区域的范围和位置变化,且很小倾角下的分布特征显著不同。(2)两分量的放大系数都有随边缘倾角的增大而增强的趋势,但均是盆地边缘区域受非线性的影响最为显著。此外,真实地震波输入下显著放大区域的范围及线性与非线性结果的差异程度相对更大。(3)考虑非线性时,对于不同频率地震波的放大系数差别明显,但都表现出从低频到高频谱比分布越来越复杂的现象,同时盆地倾角的影响程度随频率的增大更加明显。(4)考虑土体非线性并未改变地震波传播的总体特征,但各震相强度相对降低。

关键词：沉积盆地黏弹性边界 D-P弹塑性模型地震响应非线性

1970年通海 M s7.7地震中通海盆地地震动模拟

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地震工程与工程振动 2024年第4期44卷 169-179页

作者：王信博刘启方苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215009

1970年通海M s7.7地震是云南省近百年来发生的震级最大且烈度最高的一次强烈地震。通海盆地在此次地震中出现了IX~X度烈度异常区,震害严重。基于通海盆地新生界厚度和浅层速度结构等资料,建立了包含1970年通海地震发震断层和通海盆地的... 详细信息

1970年通海M s7.7地震是云南省近百年来发生的震级最大且烈度最高的一次强烈地震。通海盆地在此次地震中出现了IX~X度烈度异常区,震害严重。基于通海盆地新生界厚度和浅层速度结构等资料,建立了包含1970年通海地震发震断层和通海盆地的三维计算模型。采用凹凸体位于断层面不同深度的多个震源模型和三维谱元法模拟通海地震的地震动场。根据模拟地表速度峰值(peak ground velocity,PGV)分布与烈度对比,以及盆地内剖面时程,分析了地震动分布及通海盆地烈度异常区产生的原因。研究表明:通海地震近断层极震区的棒锤型分布,可能是由近断层的破裂方向性效应引起,断层地表迹线东北侧山峰对地震动有较明显的放大作用。通海盆地的显著放大区域主要位于盆地西南IX度烈度异常区对应的凹陷区域,不同震源模型在该区域模拟的PGV均明显大于盆地其他区域。凹凸体位于地下10~16 km的震源模型模拟的烈度异常区明显大于调查烈度,凹凸体位于地下2~8 km的震源模型则比较接近。烈度异常区产生的主要原因为盆地内体波和面波的叠加所致。凹凸体的深度不同,引起的盆地放大主频和倍数差异显著,凹凸体较浅的模型引起的盆地最深处的放大倍数约为凹凸体较深模型的2倍。

关键词： 1970年通海地震通海盆地三维谱元法地表速度峰值分布地震烈度

基于广义反演法的不同位置地震引起盆地放大效应的研究——以仙台盆地为例

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地震工程学报 2024年第3期46卷 614-624页

作者：王棪隽刘启方苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215009

基于强震观测记录,采用广义反演法和HVSR法分析日本仙台盆地48个强震台站以及场地v S30和盆地深度对放大效应的影响。研究表明,相比于广义反演法,HVSR法能够较好地给出场地主频,但会明显低估放大效应的幅值;处于盆地外不同位置的浅源地... 详细信息

基于强震观测记录,采用广义反演法和HVSR法分析日本仙台盆地48个强震台站以及场地v S30和盆地深度对放大效应的影响。研究表明,相比于广义反演法,HVSR法能够较好地给出场地主频,但会明显低估放大效应的幅值;处于盆地外不同位置的浅源地震引起的盆地放大效应差异明显,仙台盆地南部海域地震引起的放大效应最大,盆地北部陆地地震引起的放大效应最小;盆地南部和东部地震引起的S波的放大效应与v S30的相关性较强,北部地震的放大效应与v S30基本不相关;盆地S波的放大效应与盆地深度在0.5~5 Hz频段内的相关性较强,在0.25~0.5 Hz和5~10 Hz频段内基本不相关。

关键词：仙台盆地广义反演放大倍数盆地深度 S波

矩形钢管腹板开孔耗能支撑框架结构抗震性能研究

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建筑钢结构进展 2024年

作者：徐星渊赵宝成苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室

钢框架中心支撑结构是一种双重抗侧力结构体系，为避免水平荷载作用下中心支撑斜杆发生失稳，提出了矩形钢管腹板开孔耗能支撑，其与钢框架采用高强螺栓连接，进而形成耗能支撑框架结构，耗能支撑发生破坏后易于替换。耗能支撑的耗能板... 详细信息

钢框架中心支撑结构是一种双重抗侧力结构体系，为避免水平荷载作用下中心支撑斜杆发生失稳，提出了矩形钢管腹板开孔耗能支撑，其与钢框架采用高强螺栓连接，进而形成耗能支撑框架结构，耗能支撑发生破坏后易于替换。耗能支撑的耗能板件采用对称开孔与S形开孔两种形式，利用ABAQUS有限元软件，分析了耗能腹板厚度、长度、开孔间距等参数对耗能支撑以及支撑框架滞回性能的影响。研究结果表明：两种开孔形式的耗能支撑框架结构的支撑斜杆均未发生失稳，结构滞回曲线饱满，无捏缩现象。耗能支撑主要依靠开孔腹板的孔间板件率先进入塑性来耗散大部分能量。对称开孔形式的耗能支撑框架结构承载力与刚度比S形开孔形式的更大，但加载后期，S形开孔形式变形大的优势发挥更明显，耗能效率好。

关键词：耗能支撑框架腹板开孔形式滞回性能耗能能力