基于烈度衰减规律及能量分析的地震动输入选择方法研究

摘要

基于能量的抗震设计方法自提出以来,一直受到抗震工程界的广泛关注,能量作为衡量地震动特性和评估结构抗震性能的综合指标,将其纳入结构抗震设计对抗震理论的发展具有积极的推动作用。无论采用何种抗震设计方法,输入地震动的选择都会直接影响到结构的响应,所以地震动输入问题一直是抗震设计方法首先需要解决的问题,基于能量的抗震设计方法亦不例外。现有的关于地震动输入的研究虽有较多的成果,多采用的是基于反应谱的选波,但具有相同或近似反应谱特性的地震动在能量特性上却可能存在较大差异,所以从能量分级角度建立地震动输入的确定方法是一项亟待解决的工作。
　　本文考虑将烈度衰减规律作为建立地震动输入分组的依据,以能量作为衡量指标,研究不同能量分级的地震动输入对结构反应的影响。为了实现以上目标,本文开展的主要研究工作及结论如下:
　　①基于烈度衰减规律的地震动分组本文选用烈度指标,提出了一种基于烈度衰减规律的研究手段,按照烈度与震级、传输距的关系进行地震动分组,得到了本文研究数据库,建立了针对某一条烈度衰减规律的某一场地条件下的震级和震中距分组取值范围,并期望可以建立烈度与能量之间的关系。
　　②基于能量分析的地震动输入选择论文选用Housner提出的拟速度谱作为能量分级的主要指标,并参考其他指标(PGA、能量持时、Arias强度和能量通量)对拟速度谱曲线的影响规律。得到了能量在同一烈度区随震级和传输距的改变而变化的规律,以及在不同烈度区的分级规律。随着烈度的改变,地震动输入能量存在着分级的现象。本文提出了基于不同烈度区的拟速度谱曲线选波方法。
　　③本文选波方法的验证和评价论文采用中国规范参考区的烈度衰减规律,以中国规范烈度分区的7度0.1g区为例,按照规范全反应谱选波和部分反应谱选波的方法,验证了规范选波方法与本文方法的对应关系。并按照三种选波方法,得到了四组地震动记录,输入结构进行了弹塑性时程分析,对比了三组地震动作用下结构的楼层剪力、层间位移和总输入能、塑性耗能。
　　依据本文方法,将同一烈度区的地震动按照震级分区,得到的多条地震动输入引起的结构弹塑性响应是离散性最小的。意味着基于能量的选波方法在结构弹塑性响应上是具有对应响应分级和能量分级现象的,因此说明基于能量分析的选波在结构响应上的对应性。地震动输入选择时,可以根据结构可能产生何种水平的耗能而选择合理的地震动输入进行结构设计,保证结构的不同水准的耗能。
　　最后,论文提出了研究存在的不足,以及未来需要继续研究的方向和内容。