典型强震地震动的水平振动方向特性研究

摘要

输入地震动的选取是结构动力时程分析中的一个关键问题，地震动振动方向是联系地震动各个分量之间的一个重要参数。开展地震动振动方向特性的研究为地震动结构响应计算时输入地震动的选取、多维地震动模拟以及揭示地震引起地面物体运动特征的力学机理有重要的理论和实际意义。
　　 本文以实际地震动水平振动方向特性为研究重点，选取EICentro波、Taft波、Sylmar波与天津波四种典型强震记录，通过直观图示方法和统计方法，分别研究了这些典型强震波加速度、速度和位移在水平面上的分布特点，研究了振动强度随水平方向角的变化规律，发现了强震记录水平振动存在优势振动方向现象，即表现为振动强度并不是在各个方位上呈随机均匀分布，而是在某一方位能量最为强烈。
　　 针对此类现象，本文给出了确定水平地震动的优势振动方向及该方向上的振动分量(简称优势分量)的计算方法，对优势分量反应谱、傅里叶幅值谱和功率谱进行了计算分析，并与原地震动两个水平分量进行了对比研究，研究结果表明，优势分量加速度最大值与原始水平分量出现的时间一致，频谱分布形状也具有相似的特征，对应的场地卓越周期比较接近；但是优势分量的振动强度显著增大，从频谱上看，反应谱最大值增加5％～13％，傅里叶谱最大值增加3％～13％，中低频成分的功率谱能量增加3％～9％。这些成果对结构抗震设计中输入地震动的选择有重要指导作用，这一研究方法对三维地震动的研究有一定的借鉴作用。