高层和超高层建筑、隔震结构、大跨度桥梁等长周期结构不断地涌现,这些长周期结构基本上都分布在人流密集区,一旦这些长周期结构在地震时遭受到破坏,将造成不可估量的人员伤亡、经济损失。可见,长周期结构的抗震设计显得至关重要。然而目前长周期结构在地震响应规律和破坏机理等问题上有待进一步认识和解决。因此,展开地震动作用下长周期结构的地震响应规律及破坏特性研究显得尤为重要。本文以希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)时频分析技术为工具,从瞬态效应、时滞规律、破坏模式等方面对长周期结构展开研究与分析。主要完成了以下工作:(1)针对HHT端点问题提出数据/极值联合对称延拓方法,先通过端部数据对称延拓,把EMD分解和Hilbert变换过程中产生的端点效应释放到数据外端,一举解决两阶段的端点飞翼问题;再通过极值点对称延拓进一步控制三次样条包络曲线的走势,使原始数据的包络曲线更加准确。经仿真信号验证,联合对称延拓的方法具有良好的抑制效果。当该方法应用于结构动力响应非线性特征分析时,不仅具有明确的物理意义,而且能较准确地表征结构进入非线性状态时出现“频带扩展”和“主导频率飘移”的力学特征。(2)提出基于EMD的半波长拟合简谐方法,实现了完整地震波作用下瞬态反应与稳态反应的计算;阐明了频谱、初始相位角、持时、阻尼等对瞬态效应的影响;揭示了长周期结构的瞬态效应规律。分析了普通类型、近场脉冲类型、远场类谐和类型等三类地震动的纵波作用下瞬态效应的影响程度。(3)推导了简谐荷载作用下稳态反应与瞬态反应的滞后时间计算公式,揭示了简谐荷载作用下位移反应滞后时间的影响因素。揭示了地震作用下结构反应滞后的实质,阐明了位移、速度、加速度反应滞后时间规律,揭示了普通类型、近场脉冲类型、远场类谐和类型等三类地震动的长周期结构时滞规律,建立不同类型地震动的滞后时间与结构破坏模式的联系,针对长周期结构设计提出相应建议。(4)提出调整地震波最大瞬时输入能的弹性时程调波方法,与现行规范调幅方法相比,提出的“调能”方法更稳定,减小重复筛选地震波的工作量。结合最大瞬时输入能和总输入能,提出了穿越开裂位移次数和穿越屈服位移次数指标,将破坏模式分为3类:首超破坏、混合破坏、累积破坏;并通过长、中、短周期3个三维有限元模型进一步验证其合理性,其破坏模式危险性为:首超破坏>混合破坏>累积破坏。短周期的结构易发生累积破坏,而长周期结构易发生首超破坏和混合破坏。