地面运动双向最大加速度反应谱研究

摘要

随着积累的地震动记录的数量的增多和对地震动规律认识的深入，到目前为止，我国抗震设计反应谱虽经历了几次大的调整，但均是将记录到的两个水平分量当作两个独立的地震动记录进行处理，并以由此得到加速度反应谱特性为依据建立的。本文称这样的加速度反应谱为单向加速度反应谱。
　　对于同一地震动来说，随着强震仪放置方向的不同，仪器所记录到的两个水平分量的数据也是不同的，由此计算出的特定周期下每个分量所对应的单向加速度反应谱值也随之改变，本文称其中的最大值为双向最大加速度反应谱值，称所有周期处该最大值的连线为双向最大加速度反应谱(简称BdM谱)。这意味着单向加速度反应谱在绝大多数情况下未体现反应最大值，故从工程结构抗震设防而言，BdM谱比单向谱更能反映地震给工程结构带来的风险。
　　为了获得BdM谱的特性及其与单向谱特性之间的异同，本文进行了以下研究工作：
　　①首先简述地震地面运动记录的量测和处理方法，通过了解目前国内外最普遍认可的数字强震仪加速度记录的数据处理方法，从地震动的量测仪器、地震动记录误差分析、地震动记录数据处理方法及地震动记录应用等方面做了简要叙述，为本文地面运动记录的选择和分析奠定基础。
　　②整理汇总迄今为止表征地震动两个水平分量的方法，并专门介绍了近几版美国地震区划图所采用的不同方法。
　　③从美国太平洋地震研究中心（PEER）最新版地面运动数据库中收集了1702组可信周期足够长、相当于我国抗震规范Ⅱ类场地条件的地面运动记录，按震级和距离分档，建立BdM谱和单向谱，研究BdM谱特性及其与单向谱特性的异同。
　　④在讨论国内外现有双向地面运动记录选择和标定方法的基础上，提出基于BdM谱的双向地面运动记录的选择和标定方法。
　　⑤为展示该双向地面运动记录的选择和标定方法的应用过程，选择了一个工程算例，用三维空间非弹性分析程序PERFORM-3D建立非弹性动力反应分析模型，然后按基于双向最大加速度反应谱的双向地面运动记录的选择和标定方法选择出
　　7组地面运动记录，最后对该算例进行罕遇地震作用下的非弹性动力反应分析，并将其分析结果与按我国抗震设计规范规定的地面运动记录选择和标定方法进行非弹性动力反应分析结果进行对比。
　　通过以上研究工作，得到的主要结论有：
　　①相比于早期使用的模拟式强震仪记录，新一代数字式强震仪频带特性有了很大的改善，基于数字式强震仪记录到的地面运动记录可以提供更为准确的长周期分量。
　　②在对1702组地面运动记录进行统计分析后，得出结论如下：从谱形上来看，BdM谱与单向谱在平均水准上相差无几；从谱值上来看，BdM谱的统计平均值是单向谱统计平均谱值的1.2-1.4倍，前者的标准差也大致为后者标准差的1.1-1.4倍。
　　③采用三维空间非弹性分析程序 PERFORM-3D对工程算例建立非弹性动力反应分析模型，分别按本文提出的基于BdM谱的双向地面运动记录的选择和标定方法（简称BdM选波方法）和我国抗震设计规范规定的方法（简称规范选波方法）选择地面运动记录，进行罕遇地震作用下的非弹性动力时程反应分析，对比这两个分析结果后，得出的结论如下：相对于我国抗震规范的地面运动记录选择和标定方法的非弹性动力反应分析结果，基于BdM谱的双向地面运动记录选择和标定方法预测出工程算例在罕遇地震作用下的反应明显偏大。从最大层间位移角而言，后者比前者偏大，X、Y向分别偏大1.55％～25.50%、5.13%～24.51%，X、Y向偏大的平均幅度分别为14.39%、14.08%；从最大顶点位移而言，后者比前者偏大，X、Y向分别偏大-0.65%～23.90%、6.01%～26.53%，X、Y向偏大的平均幅度分别为15.41%、16.66%；从最大基底剪力而言，后者比前者偏大，X、Y向分别偏大-0.17%～9.85%、3.32%～13.62%，X、Y向偏大的平均幅度分别为5.5%、8.27%；从最大层间剪力而言，后者比前者偏大，X、Y向分别偏大3.0%～9.8%、3.3%～13.6%，X、Y向偏大的平均幅度分别为6.2%、8.3%。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1引言

1.2本文的研究背景

1.3 本文研究目的及主要研究内容

2 地面运动资料

2.1 地震动的量测

2.2 误差分析

2.3 地震地面运动加速度时程的处理

2.4 本章小结

3 双向水平地面运动分量的代表值

3.1引言

3.2关于地震动参数的代表值

3.3 美国地震区划图所采用的地震动参数的代表值

3.4本章小结

4 双向最大加速度反应谱

4.1双向最大加速度反应谱(BdM谱)

4.2 地震动数据库

4.3 双向最大加速度反应谱与单向谱的对比

5 双向地面运动记录的选择与标定

5.1 国内外双向地面运动记录选择现状

5.2 本文建议的双向地面运动记录选择思路

6 双向最大谱工程算例分析

6.1 算例基本信息

6.2 弹塑性分析模型的建立及模态分析结果

6.3 本论文选取的地面运动记录

6.4 弹塑性分析结果

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 对后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录 地面运动记录基本信息