地震动持时对砌体结构地震响应影响研究

谢国雄; 公茂盛; 左占宣

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240404001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

地震动持时对砌体结构地震响应影响研究

论文 | 更新时间：2025-12-12

- 地震动持时对砌体结构地震响应影响研究
- Study on Influence of Ground Motion Duration on Seismic Response of Masonry Structures
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第5期页码：1222-1232
- 作者机构：
  
  1.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080
  2.地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080
- 作者简介：
  
  谢国雄（1996—），男，硕士研究生。主要从事地震工程方面研究。E-mail: 3182604389@qq.com
  公茂盛（1976—），男，研究员，博士。主要从事地震工程方面研究。E-mail: gmshiem@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52178514);国家科技重点研发计划课题省级资助项目(GX18C005);中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目(2023B03)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240404001
  中图分类号： P315
- 收稿：2024-04-04，
  
  修回：2025-01-01，
  
  纸质出版：2025-10-28
- 稿件说明：
移动端阅览
谢国雄,公茂盛,左占宣.地震动持时对砌体结构地震响应影响研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1222-1232.

XIE Guoxiong,GONG Maosheng,ZUO Zhanxuan.Study on Influence of Ground Motion Duration on Seismic Response of Masonry Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1222-1232.
谢国雄,公茂盛,左占宣.地震动持时对砌体结构地震响应影响研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1222-1232. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240404001.

XIE Guoxiong,GONG Maosheng,ZUO Zhanxuan.Study on Influence of Ground Motion Duration on Seismic Response of Masonry Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1222-1232. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240404001.

摘要

作为地震动的三要素之一，地震动持时会显著影响结构的地震响应与损伤状态。为研究地震动持时对砌体结构地震响应的影响，通过谱匹配方法和小波变换消除频谱和幅值影响，以抗震设计谱为目标谱匹配得到100条不同持时的地震动记录，同时通过等效框架法建立一个典型砌体结构数值模型，随后将得到的100条地震动记录输入到数值模型开展地震反应分析，根据分析结果探讨地震动持时对砌体结构最大层间位移角、滞回耗能及累积损伤的影响，并通过回归分析得到了地震动持时对砌体结构地震响应参数影响的经验公式。结果表明：长持时地震会比短持时地震对砌体结构造成更大的损伤破坏；砌体结构地震响应参数与持时的相关性从高到低依次为滞回耗能、软化损伤指数、Park‑Ang损伤指数、最大层间位移角；砌体结构最大层间位移角、滞回耗能以及Park‑Ang损伤指数均随地震动持时的增大呈增长趋势，但持时较短时增长速度较慢，随着持时的增大，增长速度有所加快，但不同的是滞回耗能最终又会趋于平稳；砌体结构软化损伤指数随地震动持时的增大呈增长趋势，但持时较短时增长较快，随着持时的增大，软化损伤指数逐渐趋于平稳；以文中选取的长、短持时地震动为例，长持时地震动作用下的Park‑Ang损伤指数、滞回耗能、软化损伤指数和最大层间位移角分别是短持时地震动作用下的4.5倍、10倍、2.32倍、2.99倍。结果可供砌体结构抗震设计和地震损伤评估参考。

Abstract

As one of the three essential elements of ground motion

ground motion duration significantly affects the seismic response and damage state of structures. To investigate the influence of ground motion duration on the seismic response of masonry structures

spectral matching methods and wavelet transforms were employed to eliminate the effects of spectrum and amplitude. 100 ground motion records with different durations were obtained by matching them to the target spectrum based on the seismic design spectrum. Additionally

a numerical model of a typical masonry structure was established using the equivalent frame method

and the 100 seismic records were input into the numerical model to conduct seismic response analysis. Based on the analysis results

the influence of ground motion duration on the maximum inter-story drift angle

hysteretic energy dissipation

and cumulative damage of masonry structures was examined. Empirical formulas for the influence of ground motion duration on the seismic response parameters of masonry structures were derived through regression analysis. The results showed that long-duration earthquakes caused greater damage to masonry structures compared to short-duration earthquakes. The correlation between seismic response parameters of masonry structures and duration

ranked from highest to lowest

was as follows: hysteretic energy dissipation

softening damage index

Park-Ang damage index

and maximum inter-story drift angle. The maximum inter-story drift angle

hysteretic energy dissipation

and Park-Ang damage index of masonry structures all increased with the extension of ground motion duration. However

when the duration was short

the growth rate was relatively slow. As the duration increased

the growth rate accelerated

but hysteretic energy dissipation eventually tended to stabilize. The softening damage index of masonry structures increased with longer ground motion durations. When the duration was relatively short

it grew rapidly

but as the duration further increased

the softening damage index gradually stabilized. Taking the long- and short-duration ground motions selected in this study as examples

the Park-Ang damage index

hysteretic energy dissipation

softening damage index

and maximum inter-story drift angle under long-duration ground motion were 4.5 times

10 times

2.32 times

and 2.99 times those under short-duration ground motion

respectively. The findings of this study can serve as a reference for seismic design and earthquake damage assessment of masonry structures.

关键词

Keywords

references

王维，李爱群，王星星 . 长持时地震动对建筑结构抗震影响的研究进展［J］. 工程力学， 2024 ， 41 （ 9 ）： 18 - 30 .

Wang W ， Li A Q ， Wang X X . Research progress of long-duration ground motion effects on structures ［J］. Engineering Mechanics ， 2024 ， 41 （ 9 ）： 18 - 30 . （in Chinese）

韩建平，程诗焱，于晓辉，等 . 地震动持时对RC框架结构易损性与抗震性能影响［J］. 建筑结构学报， 2021 ， 42 （ 11 ）： 116 - 127 .

Han J P ， Cheng S Y ， Yu X H ， et al . Effect of ground motion duration on fragility and seismic performance of RC frame structures ［J］. Journal of Building Structures ， 2021 ， 42 （ 11 ）： 116 - 127 . （in Chinese）

Han J P ， Sun X Y ， Zhou Y . Duration effect of spectrally matched ground motion records on collapse resistance capacity evaluation of RC frame structures ［J］. The Structural Design of Tall and Special Buildings ， 2017 ， 26 （ 18 ）： e1397 .

Chandramohan R ， Baker J W ， Deierlein G G . Impact of hazard-consistent ground motion duration in structural collapse risk assessment ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2016 ， 45 （ 8 ）： 1357 - 1379 .

Chandramohan R ， Baker J W ， Deierlein G G . Quantifying the influence of ground motion duration on structural collapse capacity using spectrally equivalent records ［J］. Earthquake Spectra ， 2016 ， 32 （ 2 ）： 927 - 950 .

Barbosa A R ， Ribeiro F L A ， Neves L A C . Influence of earthquake ground-motion duration on damage estimation： Application to steel moment resisting frames ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2017 ， 46 （ 1 ）： 27 - 49 .

Bravo-Haro M A ， Elghazouli A Y . Influence of earthquake duration on the response of steel moment frames ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2018 ， 115 ： 634 - 651 .

清华大学土木工程结构专家组，西南交通大学土木工程结构专家组，北京交通大学土木工程结构专家组，等 . 汶川地震建筑震害分析［J］. 建筑结构学报， 2008 ， 29 （ 4 ）： 1 - 9 .

Civil and Structural Groups of Tsinghua University ， Xinan Jiaotong University and Beijing Jiaotong University . Analysis on seismic damage of buildings in the Wenchuan earthquake ［J］. Journal of Building Structures ， 2008 ， 29 （ 4 ）： 1 - 9 . （in Chinese）

孙景江，李山有，戴君武，等 . 青海玉树7.1级地震震害［M］. 北京：地震出版社， 2016 .

Sun J J ， Li S Y ， Dai J W ， et al . Earthquake damage caused by Yushu， Qinghai， M = 7.1 earthquake ［M］. Beijing ： Seismological Press ， 2016 . （in Chinese）

王丽丽，王兰民，卢育霞，等 . 甘肃积石山Ms6.2级地震的震害特征与启示［J］. 世界地震工程， 2024 ， 40 （ 1 ）： 58 - 71 .

Wang L L ， Wang L M ， Lu Y X ， et al . Earthquake damage characteristics and enlightenment of Jishishan earthquake with Ms6.2 in Gansu Province ［J］. World Earthquake Engineering ， 2024 ， 40 （ 1 ）： 58 - 71 . （in Chinese）

杨铭 . 地震动持时指标与结构响应相关性分析［D］. 哈尔滨：中国地震局工程力学研究所， 2020 .

Yang M . The correlation analysis of structural response with the duration metrics ［D］. Harbin ： Institute of Engineering Mechanics， China Earthquake Administration ， 2020 . （in Chinese）

Bommer J J ， Magenes G ， Hancock J ， et al . The influence of strong-motion duration on the seismic response of masonry structures ［J］. Bulletin of Earthquake Engineering ， 2004 ， 2 （ 1 ）： 1 - 26 .

Bommer J J ， MartíNez-Pereira A . The effective duration of earthquake strong motion ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 1999 ， 3 （ 2 ）： 127 - 172 .

王德才，叶献国 . 基于能量分析强震持时指标的选择［J］. 工程抗震与加固改造， 2010 ， 32 （ 6 ）： 1 - 8 .

Wang D C ， Ye X G . Index selection of strong motion duration for energy analysis ［J］. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting ， 2010 ， 32 （ 6 ）： 1 - 8 . （in Chinese）

Iervolino I ， De Luca F ， Cosenza E . Spectral shape-based assessment of SDOF nonlinear response to real， adjusted and artificial accelerograms ［J］. Engineering Structures ， 2010 ， 32 （ 9 ）： 2776 - 2792 .

建筑抗震设计规范： GB 50011—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2010 .

Hancock J ， Watson-lamprey J ， Abrahamson N A ， et al . An improved method of matching response spectra of recorded earthquake ground motion using wavelets ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 2006 ， 10 （ sup001 ）： 67 - 89 .

Pacific Earthquake Engineering Research Center . PEER Ground Motion Database - PEER Center ［EB/OL］. （ 2004-01-01 ）［ 2024-04-09 ］. https：//ngawest2.berkeley.edu/ https://ngawest2.berkeley.edu/ .

Molazadeh M ， Saffari H . The effects of ground motion duration and pinching-degrading behavior on seismic response of SDOF systems ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2018 ， 114 ： 333 - 347 .

D’Altri A M ， Sarhosis V ， Milani G ， et al . A review of numerical models for masonry structures ［M］. Woodhead Publishing ， 2019 ： 3 - 53 .

ASDEA Software srl . STKO （version 3.3 . 0）［CP］. Version 3.3.0. Pescara （PE）， Italy ： ASDEA Software srl ， 2013 – 2025 . https：//www.asdea.net/stko https://www.asdea.net/stko ［ 2024-04-04 ］.

Dolce M . Schematization and Modeling of Masonry Buildings Subjected to Seismic Actions ［J］. Construction industry ， 1991 ， 25 （ 242 ）， 44 - 57 .

Augenti N . Il calcolo sismico degli edi fici in muratura ［M］. Torino， Italy ： UTET Libreria ， 2004 .

Siano R ， Roca P ， Camata G ， et al . Numerical investigation of non-linear equivalent-frame models for regular masonry walls ［J］. Engineering Structures ， 2018 ， 173 ： 512 - 529 .

Requena-Garcia-Cruz M V ， Cattari S ， Bento R ， et al . Comparative study of alternative equivalent frame approaches for the seismic assessment of masonry buildings in OpenSees ［J］. Journal of Building Engineering ， 2023 ， 66 ： 105877 .

Shabani A ， Kioumarsi M . A novel macroelement for seismic analysis of unreinforced masonry buildings based on MVLEM in OpenSees ［J］. Journal of Building Engineering ， 2022 ， 49 ： 104019 .

Petrovčič S ， Kilar V . Seismic failure mode interaction for the equivalent frame modeling of unreinforced masonry structures ［J］. Engineering Structures ， 2013 ， 54 ： 9 - 22 .

Craig J I ， Goodno B J ， Towashiraporn P ， et al . Response Modification Applications for Essential Facilities， Project ST-4 Final Report ［R］. Atlanta ： Georgia Institute of Technology ， 2007 .

Anthoine A ， Magonette G ， Magenes G . Shear-compression testing and analysis of brick masonry walls ［C］∥ Proceedings of the Tenth European Conference on Earthquake Engineering . Madrid ： European Association for Earthquake Engineering ， 1995 ： 1657 - 1662 .

Magenes G ， Calvi G M ， Kingsley G R . Seismic testing of a full-scale， two-story masonry building： Test procedure and measured experimental response report 3.0 ［R］. Pavia ： University of Pavia ， 1995 .

Manzini C F ， Ottonelli D ， Degli Abbati S ， et al . Modelling the seismic response of a 2-storey URM benchmark case study： Comparison among different equivalent frame models ［J］. Bulletin of Earthquake Engineering ， 2022 ， 20 （ 4 ）： 2045 - 2084 .

何晴光，王鹤 . 自复位耗能摇摆框架的抗震性能参数分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 290 - 300 .

He Q G ， Wang H . Analysis on seismic performance factors of self-centering energy dissipation rocking frame ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 290 - 300 . （in Chinese）

Park Y J ， Ang A H ， Wen Y K . Seismic damage analysis of reinforced concrete buildings ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1985 ， 111 （ 4 ）： 740 - 757 .

Rinaldin G ， Amadio C . Effects of seismic sequences on masonry structures ［J］. Engineering Structures ， 2018 ， 166 ： 227 - 239 .

杜修力，欧进萍 . 建筑结构地震破坏评估模型［J］. 世界地震工程， 1991 ， 7 （ 3 ）： 52 - 58 .

Du X L ， Ou J P . Evaluation model of earthquake damage of building structures ［J］. Orld Earthquake Engineering ， 1991 ， 7 （ 3 ）： 52 - 58 . （in Chinese）

Di Pasquale E ， Ju J W ， Askar A ， et al . Relation between global damage indices and local stiffness degradation ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1990 ， 116 （ 5 ）： 1440 - 1456 .

樊嵘，孟大志，徐大舜 . 统计相关性分析方法研究进展［J］. 数学建模及其应用， 2014 ， 3 （ 1 ）： 1 - 12 .

Fan R ， Meng D Z ， Xu D S . Survey of research process on statistical correlation analysis ［J］. Mathematical Modeling and Its Applications ， 2014 ， 3 （ 1 ）： 1 - 12 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

钢筋混凝土加强墙的底层大开洞砌体结构抗震性能试验研究

HFMRPC加固不同高宽比砌体窗间墙抗震性能试验研究

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析

考虑地震动转动分量作用的砌体结构易损性分析

基于一致危险性谱的砌体结构抗震性能分析