设计反应谱拟合方法研究及特征参数统计

摘要

地震反应谱是通过仪器记录并经过处理的强地面运动信息，利用强震记录研究不同场地的反应谱，对结构抗震设计具有重要的理论意义和工程应用价值。近20年来，我国在南北地震带所覆盖的川滇甘陕地区建立了大量的有详细场地资料的强震观测台站，获得了丰富的有研究价值的强震记录。本文在总结已有反应谱标定方法的基础上，提出了一种新的反应谱标定方法。利用川滇甘陕地区大量的强震记录，统计分析了设计反应谱的特征参数。本文主要研究工作和成果如下:
　　1、将差分进化算法应用于反应谱的标定，提出了一种新的标定反应谱的方法。详细介绍了Newmark三参数、双参数、最小二乘拟合方法标定反应谱的原理，这些标定方法各有优点但也存在不足，主要问题表现在拟合的精度上。本文将差分进化算法引入到反应谱的标定中，并利用其处理了川滇甘陕地区的强震记录，对比分析了不同的反应谱标定方法对同一强震记录的标定结果。结果表明，差分进化算法标定的反应谱更加忠实于地震反应谱，拟合精度高，计算效率快，适用于对强震数据的批量处理。本文采用差分进化算法对川滇甘陕地区强震记录的地震反应谱进行标定并获得了每条设计反应谱的特征参数。
　　2、统计分析了川滇甘陕地区设计反应谱平台值随场地类别、震级和震中距的变化特征。结果表明，在不同场地、震中距和震级下水平向放大系数谱平台值的分布基本符合正态分布。在相同场地类别下，无论是近场还是远场，放大系数谱的平台值均值都随着震级增大而增大，而大震Ⅱ类场地平台值却随着震中距的增大而减小，且放大系数谱平台值均值绝大数在2.5以上。本文也统计了不同场地、震级和震中距下的加速度谱平台值，结果表明，加速度反应谱平台值随场地类别的提高而增大，随震级的增大而增大，随震中距的增大而减小。最后计算了该地区的加速度反应谱平台值的场地影响系数。
　　3、研究了川滇甘陕地区特征周期随场地类别、震级和震中距的变化特征。结果表明，水平向加速度反应谱特征周期均值随震级的增大而增大，随场地类别的增加而增大。Ⅱ类场地的特征周期随震中距的增大而增大，远场的特征周期比近场的大。从本文的统计结果来看，大震远场特征周期的统计结果比我国抗震设计规范规定的大震远场特征周期值偏大。
　　4、统计了川滇甘陕地区竖向反应谱特征参数随场地类别、震级和震中距的变化特征。结果表明，竖向放大系数谱平台值基本符合正态分布。竖向反应谱平台值随着震级的增大而增大;震中距对竖向反应谱平台值的影响不明显。本文研究显示，在相同场地类别、相同震中距和相同震级条件下，竖向反应谱平台值均小于水平向反应谱平台值。无论是小震还是大震，远场还是近场，随着场地类别的提高，竖向加速度反应谱的特征周期有增大的趋势。大震下的Ⅱ类场地竖向加速度反应谱特征周期随震中距的增大而增大的特征明显，同一类场地上竖向反应谱特征周期均值随震级增大而增大。
　　5、研究了不同场地类别、震级和震中距的竖向地震动与水平向地震动的关系。随着场地类别的提高，小震的竖向与水平向加速度峰值比增大，而大震的峰值比减小。在相同场地类别下，峰值比随震级的增大而增大，随着震中距的增加有先增大后减小的规律。研究结果显示，不同周期范围内竖向与水平向加速度反应谱比存在差异，在周期小于0.1s和周期大于1.0s的部分，Ⅰ类场地和Ⅱ类场地的竖向与水平向加速度反应谱比均值绝大多数大于0.65，而在周期0.1s到1.0s内竖向与水平向加速度反应谱比均值低于0.65，且这一变化特征十分明显。因此从本文的统计结果来看，我国抗震设计规范规定竖向地震作用直接取水平向作用的0.65倍是值得探讨的，建议分段处理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 反应谱的相关概念

1．3 反应谱的研究现状与应用

1．3．1 反应谱的研究现状

1．3．2 我国建筑抗震规范中反应谱的演变

1．4 存在的主要问题

1．5 主要研究内容

第二章 川滇甘陕地区强震记录

2．1 川滇甘陕地区概况

2．1．1 地震区带的划分

2．1．2 使用强震记录的几次大震简况

2．2 强地震动观测

2．2．1 强震动台网简介

2．2．2 台站分布和观测仪器

2．3 基础数据的选取

2．4 本章小结

第三章 反应谱标定的差分进化算法

3．1 典型的标定方法

3．1．1 三参数标定方法

3．1．2 双参数标定方法

3．1．3 最小二乘法分段拟合标定方法

3．2 典型方法的比较分析

3．3 差分进化算法

3．4 差分进化算法的应用

3．5 差分进化法在标定反应谱的应用

3．6 不同标定方法的比较

3．7 本章小结

第四章 反应谱平台值的统计分析

4．1 平台值影晌因素分析

4．2 放大系数谱平台值研究

4．2．1 不同场地类别的放大系数谱平台值统计分析

4．2．2 不同震级的放大系数谱平台值统计分析

4．2．3 不同震中距的放大系数谱平台值统计分析

4．3 加速度反应谱平台值研究

4．4 本章小结

第五章 反应谱特征周期的统计分析

5．1 特征周期影响因素的分析

5．2 各因素对特征周期的影响

5．2．1 不同场地的特征周期统计分析

5．2．2 不同震级的特征周期统计分析

5．2．3 不同震中距的特征周期统计分析

5．3 本章小结

第六章 竖向反应谱研究

6．1 竖向反应谱的影响因素分析

6．2 竖向反应谱平台值的统计分析

6．2．1 竖向放大系数谱平台值统计分析

6．2．2 竖向加速度反应谱平台值统计分析

6．3 竖向反应谱特征周期的统计分析

6．4 竖向反应谱衰减指数统计分析

6．5 峰值比统计分析

6．5．1 不同场地的峰值比统计分析

6．5．2 不同震级的峰值比统计分析

6．5．3 不同震中距的峰值比统计分析

6．6 谱比的统计分析

6．6．1 不同场地的谱比统计分析

6．6．2 不同震级的谱比统计分析

6．6．3 不同震中距的谱比统计分析

6．7 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新

7．3 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间发表的文章

攻读博士期间主要参与的课题