地震烈度物理标准及地震动破坏势研究

摘要

地震烈度物理标准是一个具有悠久历史的基础性的研究课题，由它引发出的地震动破坏势研究也已开展了一百多年。由于地震资料匮乏，这个课题的研究都是以长期积累的地震记录和震害资料为基础的，但不同地震的震源机制、地震动特性、受损结构属性以及烈度评定是不同的，这种将不同年代、不同地点的多次地震的资料混在一起研究烈度物理标准虽然不尽合理，但也是十分无奈，不得已而为之的。另外过去的研究虽也考虑了区分结构类型，但总的来说较为粗糙。此外涉及的地震动参数也很简单，主要都是一些峰值参数和少量频率参数，而一些重要的地震动特征，如能量参数和持时参数从未考虑到。针对这种状况，本文利用台湾集集地震提供的同一地震中得到的丰富的地震记录和详尽的震害资料开展了烈度物理标准和地震动破坏势的研究，主要研究内容和成果有以下几个方面：
　　(1)整理统计了集集地震的工程震害资料，并以此为基础采用平均震害指数方法绘制了集集地震的烈度等震线。
　　(2)选取了量大面广，且震害资料丰富的砌体、钢筋混凝土框架和钢筋混凝土框架剪力墙三类结构，计算了它们在多种地震动作用下的地震损伤，并研究了这三类结构的损伤与地震动幅值、频率、持时和能量特性等15个地震动参数之间的关系，以确定地震动参数与结构损伤之间的相关性，进而探求地震动的破坏势。结果显示：地震动输入能量Einput、地震动滞回能量Eh以及地震动峰值加速度PGA表现出与所有结构都非常好的相关性，其中两个能量参数达到了除砌体外和所有结构相关系数都近似1的相关性，说明能量参数能够非常完美的表征地震动对混凝土结构的破坏势，和砌体结构的反应也存在很强的相关性，但不如混凝土结构明显；对于砌体结构，地震动有效峰值加速度EPA与之有很好的相关性；对于钢筋混凝土框架结构，PSV与低层框架在地震动作用下的损伤有很大相关性，PGV、PSD、Arias强度与中层框架相关性较好； Arias强度与高层框架相关性较好；对于钢筋混凝土框架剪力墙结构，PGV、Arias强度与之反应相关性较好。
　　(3)由于Einput、Eh、PGA、PSV、Arias强度、EPA、PGV、PSD这8个参数和结构的反应或损伤有较好或一定的相关性，将214条集集地震加速度记录参照根据本文绘制的烈度等震线按照7、8、9、10度区进行划分，计算出每个烈度区内这8个参数的算术平均值，将这些均值和烈度分别进行基于最小二乘法的线性回归，计算出相关系数，结果表明Einput、Eh、PGA、PSV、Arias强度、EPA和烈度有很好的相关性，可以作为候选的烈度物理标准。
　　(4)绘制了两类集集地震PGA、PGV等值线。一类是根据我国地震烈度表中对应7、8、9、10烈度区的PGA、PGV取值区间绘制的等值线，另一类是根据集集地震收集到的214条强震加速度记录画出的的PGA、PGV等值线。通过比较这两类等值线和烈度等震线的相似性，发现我国烈度表中这两个参数的取值区间需要改进，其中7、8、9度区的加速度数值需要提高以确保工程抗震设防安全，10度区的加速度下限值要适当降低以避免工程设计的浪费。
　　(5)针对集集地震收集到的214条地震动加速度记录，计算了它们的Einput、Eh、PSV、Arias强度、EPA参数值，并将它们绘制成相应的等值线。采用本文提出的射线比较法并结合数学统计与本文绘制的烈度等震线进行了比较，根据这些图形的相似性程度，找出了和等震线7、8、9度线最相似的数值线，从而提出了这5个参数对应烈度7、8、9度区的取值区间。
　　(6)烈度就其本质反映了地震对人居环境的的破坏影响和破坏程度，而不同的工程结构的地震破坏机理不尽相同。有的属强度破坏，有的属变形破坏，有的是脆性破坏，有的是延性破坏。不同的地震动参数对不同破坏机理的结构的损伤，起着不同的作用。基于这样一种认识以及本文前面几章的研究成果，本文提出了地震动潜在破坏矩阵和地震烈度物理标准矩阵的概念。

目录

地震烈度物理标准及地震动破坏势研究

THE RESEARCH OF PHYSICALMEASURE OF SEISMIC INTENSITYAND DAMAGE POTENTIAL OFEARTHQUAKE GROUND MOTIONS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.1.1 课题的背景

1.1.2 烈度物理标准的研究意义

1.2 地震烈度物理标准的研究历史及现状

1.2.1 地震烈度表的诞生与发展

1.2.2 烈度物理标准研究的历史和现状

1.2.3 烈度物理标准研究的进展

1.3 地震烈度物理标准研究中存在的问题

1.4 本文的主要研究内容

1.5 小结和几点讨论

第2章 基于震害的集集地震烈度等震线的绘制

2.1 引言

2.2 集集地震建筑物宏观震害统计分析

2.3 集集地震烈度等震线的绘制

2.4 烈度等震线和峰值加速度等值线的大致比较

2.5 本章小结

第3章 地震动参数和建筑结构反应相关性分析

3.1 引言

3.2 地震动参数的分类

3.3 所选结构的介绍

3.4 地震动参数和结构反应的计算

3.5 地震动参数和结构反应相关性分析

3.6 地震动参数间相关性研究

3.7 本章小结

第4章 地震动参数和地震烈度的回归分析

4.1 引言

4.2 地震动记录按集集地震等震线不同烈度区的划分

4.3 地震动参数和烈度的线性回归

4.4 和其它烈度物理标准研究的比较

4.5 本章小结

第5章 我国烈度表中PGA、PGV对应不同烈度取值区间的确定

5.1 引言

5.2 基于中国烈度表的峰值加速度和峰值速度等值线与等震线的比较

5.3 本章小结

第6章 地震烈度物理标准矩阵和地震动潜在破坏矩阵的建议

6.1 引言

6.2 地震动参数等值线的绘制

6.3 地震烈度物理标准矩阵和地震动潜在破坏矩阵的建议

6.4 新的烈度物理标准应用于抗震设计和灾害评估的思索

6.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

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