地面運(yùn)動(dòng)離散性規(guī)律識(shí)別及其對(duì)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響.pdf

1、近年來(lái),國(guó)內(nèi)高層建筑抗震界組織的歷次長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)研討會(huì)中都討論了有關(guān)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法和地震反應(yīng)預(yù)測(cè)方法的問(wèn)題。加之,根據(jù)本團(tuán)隊(duì)參與指導(dǎo)高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作中的累積,認(rèn)識(shí)到關(guān)于我國(guó)當(dāng)前預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的方法存在以下三個(gè)尤為值得關(guān)注的問(wèn)題:1)當(dāng)前我國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜中長(zhǎng)周期段考慮到多方面因素而經(jīng)過(guò)了人為調(diào)整[5],不能代表該地區(qū)某個(gè)具有明確統(tǒng)計(jì)意義的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,因此用擬合該段反應(yīng)譜的方式選擇出的地面運(yùn)動(dòng)記錄不能代表具有明

2、確統(tǒng)計(jì)意義的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度;2)通常一次地震發(fā)生,即使震級(jí)、距離和場(chǎng)地條件等參數(shù)相同,因地震波傳播途徑的多樣性以及傳播途徑內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性,所記錄到的地面運(yùn)動(dòng)的頻譜特性仍存在很大的離散性。而所輸入地面運(yùn)動(dòng)的離散性必然會(huì)導(dǎo)致最終預(yù)測(cè)出的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的離散性。然而,目前國(guó)內(nèi)對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)性能的考察中都沒(méi)有較為系統(tǒng)地考慮由地面運(yùn)動(dòng)的離散性而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)反應(yīng)的離散性。為得到真實(shí)可信的離散性規(guī)律,用來(lái)研究地震動(dòng)離散性的地面運(yùn)動(dòng)記錄必須在中長(zhǎng)周期有足

3、夠的可信度;3)因結(jié)構(gòu)所在場(chǎng)地周圍地震環(huán)境的不同,加之每個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征的不同,具體場(chǎng)地上的具體結(jié)構(gòu)可能遭受的某個(gè)水準(zhǔn)下的地震動(dòng)類型也是不同的。要合理預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng),應(yīng)該體現(xiàn)該結(jié)構(gòu)周圍地震環(huán)境的影響。而依據(jù)我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范選擇的地面運(yùn)動(dòng)通常不能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)周圍地震環(huán)境的影響。顯然,這樣預(yù)測(cè)出來(lái)的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是不夠準(zhǔn)確和不夠合理的。
　　基于上述問(wèn)題,本論文主要完成了以下工作:
　?、賹?duì)地面運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期段進(jìn)行了再考證,從地震動(dòng)的量

4、測(cè)儀器、地震動(dòng)記錄誤差分析、地震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)處理方法等方面討論了地面運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期段的可信周期。
　　②從美國(guó)太平洋地震研究中心(PEER)和新西蘭FTP強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中收集了261組可信周期足夠長(zhǎng)、相當(dāng)于中國(guó)抗震規(guī)范Ⅱ類場(chǎng)地條件的地面運(yùn)動(dòng)記錄,并按震級(jí)、距離等參數(shù)分檔,對(duì)各檔地面運(yùn)動(dòng)記錄加速度反應(yīng)譜的長(zhǎng)周期特性進(jìn)行了研究,統(tǒng)計(jì)了地面運(yùn)動(dòng)的離散性分布規(guī)律。
　?、壑饕槍?duì)現(xiàn)行地面運(yùn)動(dòng)記錄選擇方法中的不足之處,提出了能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)周

5、圍地震環(huán)境影響及基于地面運(yùn)動(dòng)離散性、具有明確統(tǒng)計(jì)意義的擬合反應(yīng)譜為目標(biāo)譜的地面運(yùn)動(dòng)記錄選擇方法。
　?、芨鶕?jù)本論文提出的地面運(yùn)動(dòng)記錄選擇方法,選取了三個(gè)統(tǒng)計(jì)水準(zhǔn)共計(jì)21組(每個(gè)統(tǒng)計(jì)水準(zhǔn)各選擇7組)地面運(yùn)動(dòng)記錄,采用三維空間非線性分析程序PERFORM-3D對(duì)某個(gè)已完成設(shè)計(jì)及超限審查的212.3m超高層建筑結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行罕遇地震下的非線性動(dòng)力時(shí)程反應(yīng)分析,對(duì)比不同水準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)意義的地面運(yùn)動(dòng)記錄輸入下的結(jié)構(gòu)反應(yīng),考察由于地面運(yùn)功的離散性而導(dǎo)

6、致的結(jié)構(gòu)反應(yīng)的離散性,以達(dá)到合理預(yù)測(cè)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)響應(yīng)的目標(biāo)。
　　完成以上工作,得到的主要結(jié)論有:
　?、傧啾扔谠缙谑褂玫哪M式強(qiáng)震儀記錄,基于新一代數(shù)字式強(qiáng)震儀記錄到的地面運(yùn)動(dòng)記錄可以提供更為準(zhǔn)確的長(zhǎng)周期分量,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)校正處理后的數(shù)字強(qiáng)震儀記錄能夠提供可靠的長(zhǎng)周期信息,可以用來(lái)研究地震動(dòng)的長(zhǎng)周期特性。
　?、谡鸺?jí)大小是影響地面運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期分量大小的決定性因素,隨著地震震級(jí)增大,當(dāng)?shù)桨l(fā)震斷裂的距離不大時(shí),所得的加速度反應(yīng)譜

7、的峰值段有周期范圍加大的趨勢(shì),或形成第二個(gè)次高峰區(qū)。震級(jí)越大,近場(chǎng)地震動(dòng)的動(dòng)力放大系數(shù)β曲線在長(zhǎng)周期區(qū)段的譜值也越大。特別是在M7.0以上的大地震時(shí),近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)的動(dòng)力放大系數(shù)β曲線在長(zhǎng)周期區(qū)段的譜值都較大。同一震級(jí)檔的地面運(yùn)動(dòng)記錄,隨著距離的增大,其動(dòng)力放大系數(shù)β曲線在長(zhǎng)周期區(qū)段的譜值相差不太大,其衰減速率也相差不大,即“距離”對(duì)地面運(yùn)動(dòng)記錄反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段的影響不太明顯。不論記錄臺(tái)站離發(fā)震斷裂的距離大小,也不論地面運(yùn)動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)的地

8、震的震級(jí)大小,動(dòng)力放大系數(shù)β的峰值多集中在2.5附近,變動(dòng)范圍為2.3~3.15。
　　③建議的地面運(yùn)動(dòng)記錄選擇方法為:采用本論文得出的具有明確統(tǒng)計(jì)意義的擬合反應(yīng)譜(統(tǒng)計(jì)平均反應(yīng)譜、平均值+1倍標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)譜和平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)譜)作為目標(biāo)譜,并對(duì)地震危險(xiǎn)性概率分析結(jié)果進(jìn)行解聚處理,識(shí)別出對(duì)所考察結(jié)構(gòu)地面運(yùn)動(dòng)危險(xiǎn)性起控制作用的地震動(dòng)類型,再選取震級(jí)和場(chǎng)點(diǎn)到震源之間的距離與解聚處理得出的地震動(dòng)類型相協(xié)調(diào)的地面運(yùn)動(dòng)記錄。然后求出選取

9、的地面運(yùn)動(dòng)記錄中的兩個(gè)水平向分量各自的加速度反應(yīng)譜及兩個(gè)反應(yīng)譜的幾何平均譜,控制標(biāo)定后的幾何平均譜在0.2T1~1.5T1周期范圍內(nèi)的平均值不小于目標(biāo)譜。
　　④得到長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)意義的地面運(yùn)動(dòng)記錄輸入下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)離散性分布狀態(tài),建議對(duì)于重要性一般的結(jié)構(gòu),依照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)控制水準(zhǔn),用本論文中具有明確統(tǒng)計(jì)意義且經(jīng)過(guò)擬合的平均反應(yīng)譜為目標(biāo)譜選取的地面運(yùn)動(dòng)作為輸入,并以此來(lái)考察結(jié)構(gòu)的抗震性能是合適的;但是對(duì)于特別重要的結(jié)構(gòu),可能還