抗震设计规范中竖向地震作用规定的研究

摘要

工程结构的抗震设计验算中,复杂的结构往往需要考虑两个,甚至三个方向地震作用的联合效应。多向输入牵涉到在水平地震作用规定的基础上,如何进一步规定竖向地震作用的问题。本文在指出《公路桥梁抗震设计细则》采用竖向/水平谱比规定竖向地震作用的规定在某些工况下会有不合理、不方便的缺陷基础上,研究分别用两组参数规定水平、竖向设计加速度反应谱的可行性。
　　文中选用美国太平洋地震工程研究中心发布的NGA项目数据库中64个地震的1513组三分量强地震动记录,统计分析反应谱的特征。为了分析不同设计基本加速度对应的反应谱特征,先按震级、距离和场地条件分组,统计每组的水平向平均反应谱,标准化得到相应的有效峰值加速度EPA。将EPA分成0.05,0.1,0.15,0.2,0.3和0.4g等6个区间。根据Ⅱ类场地的结果,同时考虑EPA随震级增大、震中距减小应随之增大的一般规律,将震中距R∈(0,10]、震级M∈[4.5,6.5],R∈(10,30]、M∈(6.5,7.5]的分组归并为0.2g区间;R∈(10,30]、M∈(5.5,6.5],R∈(30,50]、M∈(6.5,7.5]的分组归并为0.15g区间;R∈(30,50]、M∈(5.5,6.5]和R∈(50,80]、M∈(6.5,7.5]的分组归并为0.1g区间;(10,200]、M∈[4.5,5.5],R∈(50,200]、M∈(5.5,6.5]、和R∈(80,200]、M∈(6.5,7.5]的分组归并为0.05g区间。对并入每一区间的水平向地震动数据,分为不同的场地条件,计算统一的平均反应谱,标准化,提取反应谱最大值和特征周期两个参数。根据得到的反应谱最大值计算、归纳给出了各场地类别的水平向场地系数。
　　分组和归并是本文的关键,文中在阐述为什么要分组、如何分组、如何归纳之后,借助NGA项目发表的地震动加速度峰值的C-B衰减关系,验证了分组、归并方案的合理性。分析计算中,作者编写了反应谱标准化、提取反应谱特征参数的Matlab命令流。
　　接着,对上述每一EPA区间包括的各震级、距离分组的全部竖向地震动数据,分为不同的场地条件,计算统一的平均反应谱,标准化,提取反应谱最大值和特征周期两个参数。进一步根据得到的反应谱最大值计算、归纳给出了各场地类别的竖向场地系数。
　　为了验证本文提出的场地系数和特征周期的可靠性,比较了按设计基本加速度、场地类别计算的水平、竖向地震动标准反应谱与相应平均谱的差别。结果表明,在抗震设计规范中分别规定水平、竖向反应谱的参数,据此构造两个方向的设计加速度反应谱,比规定水平向反应谱参数、以水平设计加速度反应谱乘以谱比函数构造竖向设计加速度反应谱,更为方便,亦能够更好地反映强地震动数据的统计平均特征。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 抗震设计规范对地震作用的规定

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究思路和章节安排

第2章 基础数据收集

2.1 强地震动数据的记录

2.2 本文数据的选取

2.3 地震动统计数据的分组

2.4 反应谱的标准化

2.5 本章小结

第3章 水平地震作用的研究

3.1 引言

3.2 水平向地震动反应谱参数的统计特征

3.3 本章小结

第4章 竖向地震作用的研究

4.1 引言

4.2 竖向地震动反应谱参数的统计特征

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

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