近斷層地震動對結構抗震設計的影響研究.pdf

1、地震是危害人類生命財產(chǎn)安全最嚴重的突發(fā)式自然災害之一。尤其是近10年來幾次主要大地震,造成的城市基礎設施破壞、人員傷亡和財產(chǎn)損失令世人觸目驚心。歷經(jīng)50余年的研究,各國學者已達成共識,一致認為近斷層(也稱近場或近源)地震動呈現(xiàn)了較一般遠場地震動更復雜的特征是引起工程結構破壞的一個重要因為,并圍繞近斷層地震動,開展了大量研究,主要包括近斷層地震動的模擬、近斷層地震動參數(shù)衰減關系、近斷層地震動對工程結構的破壞作用分析及針對近斷層地震動的隔震

2、與消能減震措施研究等。但迄今也沒有形成系統(tǒng)的可供實際工程應用的考慮近斷層地震動影響的結構設計或加固理論,尤其是我國。
　　 在工程設計或加固時,首先需要判斷擬建或已建建筑是否位于近斷層區(qū)域,其次需要確定采用哪種結構設計方案,最后需要確定采用哪種設計譜和符合哪些條件的輸入地震動。為解決這些問題,本研究主要完成了以下幾方面工作:劃分了近斷層區(qū)域；提出了我國抗震規(guī)范設計譜在考慮近斷層地震動時的調(diào)整建議；給出了近斷層脈沖型地震動的合成方

3、法；分析了近斷層脈沖型地震動各要素對結構破壞作用的影響；指出了考慮近斷層脈沖地震動影響的結構設計方案,提出了近斷層脈沖型地震動作為輸入地震動的選擇方法。研究的主要內(nèi)容和結論如下:
　　 (1)提出了基于破壞勢參數(shù)劃分近斷層區(qū)域的方法。在劃分近斷層區(qū)域時,提出了相對斷層距的概念,即斷層距和矩震級的比值(dr/Mw)。基于PEER數(shù)據(jù)庫中的強震數(shù)據(jù),充分分析了以往用于表征近斷層地震動潛在破壞勢參數(shù)隨相對斷層距的變化,并以其中適合劃分

4、近斷層區(qū)域的破壞勢參數(shù)劃分了近斷層區(qū)域。以體現(xiàn)方向性效應和上/下盤效應地震記錄的分布范圍旁證了劃分結果的合理性。
　　 (2)比較了近斷層脈沖型、近斷層非脈沖型、遠場脈沖型和遠場非脈沖型四類地震動的彈性和非彈性反應譜,分析了其對我國抗震規(guī)范設計譜和非彈性位移計算的影響,結果表明:近斷層脈沖型地震動對我國抗震規(guī)范設計譜的影響主要體現(xiàn)于動力系數(shù)譜的特征周期,對譜函數(shù)形式和最大值取值無明顯影響；當考慮近斷層脈沖型地震動影響時,我國抗震

5、規(guī)范規(guī)定的非彈性位移簡化計算方法偏于危險。給出了考慮近斷層脈沖型地震動影響的動力系數(shù)譜調(diào)整建議,建議采用時程分析法補充計算我國抗震規(guī)范規(guī)定的可采用非彈性位移簡化計算方法計算的結構。
　　 (3)分析了以往等效速度脈沖模型存在的不足之處,提出了新的等效速度脈沖模型；分析了已有脈沖周期和脈沖速度峰值識別方法的局限性,提出了首先采用漢寧窗平滑脈沖型地震記錄,再通過平滑后的地震記錄,識別脈沖周期和脈沖速度峰值的方法,并驗證了識別方法的合

6、理性；改進了近斷層脈沖型地震動的合成方法。
　　 (4)系統(tǒng)深入的分析了近斷層脈沖型地震動各要素對彈性、非彈性反應譜及框架和框架剪力墻結構破壞作用的影響,從本質(zhì)上分析了前人提出的能量密度(Eρ)、最大增量速度(△Vmax)、改進的有效峰值加速度(IEPA)、改進的有效峰值速度(IEPV)以及水平峰值速度和峰值加速度比值(PHV/PHA)這些破壞勢參數(shù),在表征近斷層脈沖型地震破壞作用時的不足之處,指出不能單獨以某個破壞勢參數(shù)衡量近

7、斷層脈沖型地震動的破壞作用或作為輸入地震動的選擇標準,應綜合考慮峰值加速度、脈沖速度峰值、脈沖周期與結構周期之間關系的影響。
　　 (5)比較了在近斷層脈沖型和一般遠場地震動作用下,混凝土框架和、框架剪力墻結構的響應和破壞機理,依據(jù)比較結果提出了考慮近斷層脈沖型地震動影響的結構設計方案。提出了在工程背景允許的情況下,應盡量避開受近斷層脈沖型地震動影響區(qū)域的設計思想,并統(tǒng)計了近斷層脈沖型地震動的數(shù)量隨斷層距的分布,為確定這一避讓區(qū)