东日本大地震序列强震工程特性研究

摘要

余震对结构的影响日益受到抗震工程界重视，但可惜的是目前世界上各国规范普遍只考虑单次主震作用，对余震的影响估计不足。地震序列的地震动特性认识上，大多学者仅尝试了主余震间震级、PGA等参数的回归统计，而更系统的工程特性则能更全面揭示工程师们所关心的序列型地震动的特征，以及可能对结构造重要成影响的形成条件。
　　本文以2011年东日本大地震中获得的前、主、余地震动加速度记录为研究对象，对其幅值、频谱、持时特性以及强度、频率非平稳特性进行研究。分析表明：1）主震PGA在近断层处数值大，但随断层距衰减快，余震PGA在近断层处数值稍小，但随断层距衰减慢。断层距100km后，余震PGA大于主震PGA并且增大幅度随断层距呈增长趋势。主震和余震Arias强度分量随断层距的变化规律与PGA类似，余震和主震Arias强度的比值水平分量随断层距增大呈上升趋势，其数值在0.5到0.7之间变化。2）反应谱方面，随断层距增大，主震和余震βmax略有增大，相应余震和主震βmax的比值从0.85缓慢增大至1.05。3）持时方面，随断层距增大，主震T90从60s增大至130s左右，余震T90从15s增大至100s左右，相应余震和主震T90的比值从0.2增大至0.8左右。4）从强度包线看，主震地震动不仅具有长持时的特点，而且也具有明显的方向性。从瞬时频率看，主震地震动高频成分明显并且随断层距增大其衰减较快。
　　此外，本文还以某六层平面框架为例，考察了强余震可能对结构产生的影响。初步分析表明：可通一些特定周期点对应的主震和余震反应谱的比值来衡量余震对结构的影响程度；对于受主震影响较小的结构（主震下结构处于弹性状态），强余震在一定条件下会增大结构的非结构构件破坏的风险；对于受主震影响较大的结构（主震下结构处于弹塑性状态），强余震在一定条件下会增大结构倒塌的风险。
　　本文对东日本大地震强震序列工程特性的研究，揭开对东日本大地震这种特大地震的地震动序列的认识，更阐明余震对结构产生严重影响的地震动输入条件，为结构抗震设计理论中如何考虑地震动输入带来了新的认识。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及分析

1.2.1 序列型地震动的研究现状及分析

1.2.2 序列型地震动对结构影响的研究现状及分析

1.3 研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

2 东日本大地震序列强震动的三要素特性

2.1 强震记录汇总与筛选

2.1.1 强震记录的汇总

2.1.2 强震记录的筛选

2.1.3 基线校正

2.2 东日本大地震序列地震动的幅值特性

2.2.1 引言

2.2.2 PGA

2.3 东日本大地震序列地震动的频谱特性

2.3.1引言

2.3.2 反应谱特性研究

2.4 东日本大地震序列地震动的持时特性

2.4.1引言

2.4.2 T90的衰减规律

3 东日本大地震序列地震动的非平稳特性

3.1 强度包线特性研究

3.2 瞬时频率特性

3.3 主震地震动的方向性

4 强余震对框架结构地震反应的影响

4.1 余震对结构影响

4.2 算例设计

4.2.1 算例模型

4.2.2 算例结构设计

4.2.3 材料本构参数计算及单元划分

4.3 地震动输入

4.3.1 主余震序列型强震动的选择

4.3.2 主余震序列地震输入

4.4 时程分析结果对比

5 结论及展望

5.1 主要工作及结论

5.2 后续研究及展望

致谢

参考文献