近断层地震动速度脉冲的识别方法及对隔震结构的影响研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 13次 | 上传用户:ail2515857
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近三十年发生的几次大地震给人类造成了巨大的人员伤亡和经济损失,引起了科学家对近断层地震动的关注。其中,地震动速度脉冲作为近断层地震动特征之一,因其具有幅值大、周期长、包含长周期高能量及对结构影响大等特点备受各国学者关注。在研究近断层地震动速度脉冲时,首先需要识别出含速度脉冲的地震动,其次是对速度脉冲型地震动的工程特性进行研究,最后研究其对隔震结构的影响。本文针对上述三个问题展开研究,主要内容和结论如下:1.通过对前人定性和定量识别速度脉冲方法的总结,简要介绍了Baker(2007)、Shahi&Baker(2014)定量识别速度脉冲方法,提出改进的经验模态分解(EMD)方法识别速度脉冲,并从理论上和实例上进行了对比。研究发现,EMD方法较其它两种方法,没有严苛的应用范围,本身自适应性强的特点扩大了它的应用范围,可以作为识别速度脉冲的一种参考和补充方法。2.通过对台湾集集地震含速度脉冲和不含速度脉冲两种地震动的三要素研究发现,速度峰值PGV、速度反应谱峰值所对应的周期Tpsv、能量持时Tp最能反映两种地震动之间的区别。含与不含速度脉冲PGV的比值平均值为2.21;含与不含速度脉冲的Tpsv的比值大多分布在1-2.66之间,其平均值为1.68。含脉冲地震动的能量持时要比不含脉冲的短,大约是不含脉冲地震动能量持时的0.69倍,含脉冲的地震动在很短的时间内能量累计要比不含脉冲的大。3.采用双参数标定法和最小二乘法分段拟合方法对台湾集集地震中的8组数据进行反应谱标定。通过研究其标定谱特征参数特征周期Tg、平台段高度βmax、衰减指数γ发现,在平均周期1.16 s之后,含脉冲的标定谱幅值大于不含脉冲的,并且平均是其1.98倍。因此规范中的设计谱需要考虑含速度脉冲的地震动对其影响。4.归纳总结了前人研究地震动速度脉冲对结构影响时选取地震动输入的原则:(1)满足同源性:即地震动时程来自于同一次地震、具有相同的震中距、相同的场地条件;(2)反应谱相似性;(3)每类时程数量不得少于8组;(4)尽量保持震中距范围基本一致。5.采用基于小波分析Baker提取速度脉冲方法,将选取的1999年台湾集集地震中30条FN方向含脉冲的地震动分解为Orig分量(没有进行小波分析的原始地震动)、Pulse分量(提取出来的脉冲)和Resid分量(原始地震动提取脉冲后剩余的不含脉冲分量);将Orig作为含脉冲的地震动、Resid作为不含脉冲的地震动输入6层框架隔震结构中,采用有限元分析软件ETABS对其进行非线性时程分析,研究含与不含速度脉冲的地震动对隔震结构的影响。通过研究结果,为保证隔震结构设计的可靠性,提出如下建议:(1)在距离震中比较近的区域内应考虑含速度脉冲的地震动对隔震结构的影响;这个“比较近的区域”建议为距震中80 km内;(2)当与拟建场地条件相似的含速度脉冲地震动记录数量比较少时,脉冲影响系数取1.34-1.60之间的放大系数。
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