强震动记录选取中目标谱的研究及应用

摘要

随着强震动观测技术的发展，强震动观测数据的累积推动了结构抗震设计理论的发展。目前，在许多国家的抗震规范中都将结构时程分析方法列为静力设计方法的必要补充，但对于高层建筑、大跨结构等特殊结构形式及重要建设工程要求强制使用时程分析方法。我国建筑结构抗震设计规范及相关标准关于强震动记录选取的规定过于笼统，结构设计人员在面对大量强震动记录数据时缺乏明确的选取依据。本文搜集整理了国内外现有强震动记录数据，通过对地震参数的统计提出基于场地类型的改进反应谱谱值相关系数经验公式，并将其应用于条件均值反应谱CMS(Conditions Mean Spectrum)的建立。同时，本文基于地震动衰减关系建立了地震参数与抗震设计参数的对应关系，将其作为选取强震动记录的筛选依据，进而明确了抗震规范中强震动记录选取的初选条件。另外，提出两种建立合理目标谱的方法：一是基于地震动衰减关系的PGA目标谱；另一是基于地震参数建立EPA均值目标谱。最后探讨了在地震安全性评价工作中实际强震动记录的选取及应用。
　　本文主要研究内容及结论如下：
　　(1)通过对两万余条强震动记录进行统计分析，发现记录的加速度、速度及位移峰值和反应谱谱值的相关系数，反应谱谱值之间的相关系数均随着场地条件而变化，并提出基于场地类别的改进反应谱谱值相关系数经验公式。改进后的经验公式改善了目标谱的场地特征，使其更符合场地条件的要求。
　　(2)针对抗震设计规范中关于强震动记录选取的相关条款，提出强震动记录选取的基本原则和具体方法，为完善相关规定提供参考依据。针对一般建设工程，依据地震动加速度峰值(PGA)衰减关系，提出同等设防 PGA目标值对应的地震参数范围，建立断层距和地震设计分组的对应关系，进而确定强震动记录选取的初选条件。讨论了结构地震响应和强震动记录反应谱谱值的关系，以典型框架结构为例确定匹配周期范围。结构位移反应与强震动记录反应谱相关性分析表明两者在结构自振周期前后相关关系最为显著，距离自振周期越远的反应谱值与结构反应的相关系数越小。匹配规范标准谱的强震动记录选取基本原则为：以距离和场地条件作为强震动记录初步选取条件。根据结构自振周期确定匹配规范标准谱周期范围，建议的匹配周期范围为0.4T1-1.5T1，最后由实际记录与规范标准谱在匹配周期范围内的均方差由小到大的顺序选取记录，记录的放缩系数限定在0.2-4.0之间。
　　(3)基于地震动衰减关系提出建立 PGA目标谱，并采用匹配目标分布的强震动记录选取方法。对于未进行地震安全性评价的一般建筑工程拟建场地，先利用PGA衰减关系，确定同等PGA目标值下的等效震级和距离，再代入加速度反应谱衰减关系，确定与PGA目标值对应的反应谱即为PGA目标谱。PGA目标谱不仅是确定的均值谱，而且具有概率含义。PGA目标谱的分布及概率特性反映了地震动的不确定性，进而为结构反应的离散性提供了一个合理的参考范围。
　　(4)将现有强震动记录数据按场地条件和断层距分组，建立了EPA均值目标谱。通过将EPA均值谱、PGA目标谱和规范标准谱进行比较，EPA均值谱与PGA目标谱谱形相似，匹配效果优于规范标准谱。建议规范标准谱作为强震动记录选取的目标谱时，一、增加特征周期。二、减小地震设计分组1、2组，场地类型为I类场地和II类场地的中长周期段反应谱值。
　　(5)探讨了地震安全性评价工作中强震动记录的选取，结合不同等级的工程场地地震安全性评价提出与之相适应的强震动记录选取目标谱及基本原则，建议如下：
　　一、针对I级安评的工程场地采取基于设定地震的强震动记录选取方法。首先根据设定地震确定地震参数的初选条件，然后以场地设计谱作为目标谱，匹配场地设计谱选取记录。
　　二、针对II级和I II级安评的工程场地采取建立条件均值目标谱的方法。即以场地设计谱上结构特征周期点对应的加速度反应谱值为条件，利用设定地震的震级和距离等基于加速度反应谱衰减关系建立条件均值目标谱，并采取匹配条件均值目标谱分布的方法选取强震动记录。
　　三、针对IV级安评的工程场地根据目标P GA值，采取P GA目标谱的方法选取强震动记录。

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中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要内容

第二章 改进的加速度反应谱谱值相关系数经验公式

2.1数据处理

2.2 地震参数

2.3地震动峰值相关系数

2.4 改进的谱值相关系数经验公式

2.5小结

第三章 匹配规范标准谱的强震动记录选取

3.1 地震参数的初选条件

3.2 规范标准谱匹配的周期范围

3.3关于抗震规范中选取强震动记录的建议

3.4 匹配规范标准谱选取强震动记录实例

3.5 小结

第四章 基于抗震规范确定合理目标谱的方法

4.1 PGA目标谱

4.2基于 PGA目标谱的强震动记录选取实例

4.3 EPA目标均值谱

4.4匹配EPA目标均值谱选取强震动记录

4.5关于目标谱的几点讨论

4.6 小结

第五章 地震安全性评价工作中强震动记录的选取

5.1基于设定地震的强震动记录选取方法

5.2基于设定地震的强震动记录选取实例

5.3 条件均值目标谱

5.4 条件目标谱方法在安评中的应用

5.5关于地震安全性评价中选取强震动记录的建议

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

附录 1 匹配规范标准谱谱形选取强震动记录反应谱

附录 2 匹配规范标准谱谱形选取强震动记录信息表

附录 3 强震动记录时程

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间主要参与的课题

攻读博士期间发表的论文