强地震动按破坏强度的排序研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:m397760109
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从1906年美国San-Francisco地震算起,历经110余年的努力,现代地震工程取得重大进展。在1933年3月10日美国Los Angeles地区发生的Long Beach地震(Mw=6.3)中记录到了世界上第一条地震动加速度记录(后面简称地震动记录),具有重大历史意义。近百年来全世界已经收集到数以十万计的地震动记录。这些记录为结构抗震设计提供了极丰富的地震动数据集,目前最常用的选取输入地震动的方法是基于目标谱匹配的方法,如规范设计谱、一致危险谱、条件均值谱等等。但是众多的地震动记录对结构的破坏强度也是不一样的,抗震设计时所选择的输入地震动不同时结构抗震能力差别很大。但在全世界地震工程科学家和工程师面前仍有一个始终未解决的难题:怎样科学评价地震动对工程的破坏作用以及怎样对迄今为止实际记录到的大量强震动记录按其对工程破坏强弱进行比较和排序。本文在研究最不利设计地震动的基础上,同时研究了破坏强度相对较弱的地震动,将强震动记录按破坏强度进行排序,并且将地震动记录的破坏强度与超越概率相结合,以超越概率的形式给出不同强度水平的推荐设计地震动记录。论文主要完成了以下工作:(1)选取了地震动数据库,确定了地震动参数。本文广泛分析了国内外已有数据库,分析了每个数据库的数据特点,覆盖范围等等;选取了NGA-West2数据库进行分析,按我国的场地分类标准将地震动记录分为四类。本文广泛地选取了17个常用地震动参数作为表征地震动全时程特征的参数,并通过相关性分析,对地震动参数进行整理,最后给出相对独立的6个代表性地震动参数:PGA、PGV、PGD、Du、Db和Ds。(2)基于改进的三联谱原理对结构周期段进行了重新划分。将结构按自振周期分成三类:刚性、刚柔性和柔性,假定同类结构破坏机制相同,不同周期破坏机制不同。总结了关于结构周期段划分方法,对原有方法进行了改进:一是考虑了场地的因素,二是考虑了地震动的不确定性。最终得到与场地相关的结构周期段划分结果。(3)分析了结构自振周期和屈服强度系数对结构响应排序的影响。对结构进行时程分析发生弹塑性反应时,结构会发生非线性变化。结构屈服强度和周期改变时,结构响应一般是发生变化的,但是其对结构响应排序的影响尚未可知。基于两种本构模型分析了自振周期T和屈服强度系数Cy对结构非线性响应及其排序的影响,提出了响应排序结果可适用的T和Cy的范围,T和Cy变化较小时其对结构响应排序影响很小。(4)揭示了地震动的破坏作用和结构破坏机制间的关系。与以往假定地震动破坏强度参数和结构损伤指数存在对数关系不同,本文分别基于地震动破坏强度参数和结构损伤指数排名的Spearman相关系数,提出了表征不同结构损伤的地震动破坏参数。(5)基于单自由度结构(SDOF)损伤指数,建立了地震动按破坏强度的排序。本文对每类场地、每类结构给出未调幅记录的排序结果和与目前抗震设计规范相结合的调幅排序结果,可为基于未调幅和调幅记录进行抗震设计提供设计地震动。(6)将地震动破坏强度与超越概率相结合,建立了不同超越概率对应破坏强度的地震动排序。本文选取了超越概率为<1%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、63.2%、70%及80%对应的地震动作为推荐的设计地震动记录。
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