考虑谱形的地震动强度指标及其在地震动记录选择与调整中的应用

作     者：闫青 yanqing

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩建平

授予年度：2013年

页      码：58页

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：地震动选择调整 地震动强度指标 谱形 相关性 增量动力分析 

摘      要：在结构抗震分析中,地震动反应谱谱形的影响及大震下结构非线性性能的分析均为非常重要和复杂的研究课题。深入开展这些问题的研究,有助于充分了解地震动谱形特性对结构性能的影响,有助于充分把握结构在大震下的性能水平,对促进基于性能抗震设计方法的推行和实施都具有重要的现实意义。由于地震动的随机性和结构地震响应的复杂性,不同地震动输入下结构的非线性响应差别很大,因此如何选择合理的地震动强度指标、进而选择和调整地震动记录,减小结构地震反应结果的离散性是提高大震及特大震下结构性能分析及抗倒塌能力评估结果可靠性的必然要求。 本文首先在对地震动特性、地震动反应谱理论及地震动反应谱特性等简单介绍的基础上,讨论了现有的针对不同分析目的的三种地震动记录选取方法及各自的使用范围和优缺点,列举了常用的地震动调整方法。进而从PEER地震动数据库和汶川地震数据库共选择15条地震动记录,分别以两种常用的地震动记录调整方法,即基于PGA和基于结构一阶模态相应的谱加速度Sa(T1),将各地震动记录调整后作为结构动力时程分析的输入,分析了两个不同初始周期的钢筋混凝土平面框架结构的弹塑性地震响应,分析结果表明：地震动记录调整方法不同,地震动反应谱的形状有较大改变,对同一结构反应影响也显著不同;考虑合理谱形的地震动记录调整方法能够有效减小结构地震响应的离散性,得到很好的响应估计;结构的初始周期并不能有效反映结构弹塑性地震响应特性,仅以Sa(T1)作为地震动强度指标调整地震动记录,不能考虑实际结构的非线性行为总是伴随结构刚度退化和振动模态变化这特性, 其次,从PEER强震记录数据库和汶川地震记录数据库中重新选取15条地震动记录,用反应谱法调整后作为6层3跨钢筋混凝土平面框架结构增量动力分析的输入,通过研究IDA曲线及结构响应与地震动反应谱不同周期谱值的相关性,结果表明：谱形对结构非线性地震反应的影响随着地面运动强度的增加以及结构非线性程度的提高而增大,反应谱不同区段的谱形对于结构非线性地震反应的影响差异显著。在抗震设计分析中地震动反应谱谱形对结构非线性地震反应的影响不容忽视。在此基础上总结概括了考虑谱形的地震动强度指标的研究进展,为地震动强度指标的改进和地震动记录的选取提供一定参考。 最后,对考虑谱形的地震动选择调整方法进行了研究,并对三种典型的考虑谱形的地震动记录选择方法进行了介绍。基于条件均值谱的地震动选择方法是国外比较常用的方法,理论技术也较成熟。基于选取地震动集来匹配目标谱的均值和方差的地震动选取方法,考虑了谱方差对结构反应的影响,并且此方法用MATLAB程序来进行选择地震动效率高且易于实施。为了评价选择地震动时考虑地震动反应谱谱形方差对结构响应的影响,用此方法选取典型场景下的六组地震动集作为钢筋混凝土平面框架结构时程分析的输入,分析结果表明：考虑反应谱方差的地震动选择与调整对结构反应中值的影响不显著,但是倒塌概率的评估结果较不考虑反应谱方差的评估结果要大。这一结论表明结构抗倒塌能力评估时选择与调整地震动既要考虑反应谱均值的匹配,同时也要匹配反应谱方差。