震级、震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析

选取世界各地的地震记录共324组,研究了竖向与水平反应谱的比值(V/H)、反应谱峰值周期(Tp)、动力放大系数最大值(βmax)、地震影响系数最大值(αmax)和2水平向峰值周期的差值(△Tp)等参数,以及这些参数与场地类别、震级和震中距的关系．结果表明:1)现行规范中V/H=2/3基本符合实际情况的;2)竖向Tp 略小于相应水平Tp;竖向Tp随震中距和震级增大,场地类别的影响不明显;3)αmax随震中距的增加而减小．当震中距离比较大时,场地条件对αmax值的影响不明显;4)2个水平向反应谱的特征周期存在一定差异,随震级的增大这一差异有增大的趋势．     

设计特征周期的影响因素

本文以我国抗震规范设计特征周期的修正为前提,统计计算设计特征周期的取值.共收集美国中西部地区437条中强地震记录,采用地震波处理软件SeismoSignal进行处理分析,并对设计特征周期的影响因素进行了研究.对强震数据库的覆盖率及可用性进行研究,表明数据采集合理.将美国数百条地震动记录按震级、震中距、场地类别等条件分类,主要统计计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地特征周期的取值,研究三因素对特征周期的影响,并进行了线性回归分析.分析结果表明:不同的场地类别和震级对设计反应谱特征周期取值有显著的影响.特征周期值随场地变软而增大,与震级具有良好的线性相关,与震中距相关性不明显.     

不同类别场地水平向峰值加速度的变化规律

通过分析美国历史上的地震记录,按照中国场地类型划分标准,把487条水平向的地震记录按照不同的震级、震中距、场地类别进行划分,分析了场地条件对峰值加速度PGA的影响．通过分析发现,场地条件对其影响非常大,在震级不同、震中矩不同时变化规律不同．同时,值得注意的是两水平方向的PCA差别较大,应该区别对待．     

震中距对不同类别场地峰值加速度的影响

通过分析美国西部地震记录,按照中国场地类别划分标准,把730条三个方向的地震记录按照震级固定,即在某一确定区间内,分别计算三类场地上平均峰值加速度（PCA）随震中距的变化规律．通过分析发现,震中距对其影响非常大,在震级不同、场地类别不同时变化规律不同．同时,值得注意的是两水平方向的PGA变化规律也不同,在具体应用中应该区别对待．另外,竖直方向的PGA与水平方向的比值不能用某个确切的值来表示．     

基于V/H的竖向地震动加速度反应谱研究

我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定竖向地震影响系数的峰值取相应水平向的0.65倍.本文收集美国中西部地区三分量强震数据记录292组共584条,研究了竖向地震动加速度反应谱V与水平向地震动加速度反应谱H的谱比值,以及谱比值随自振周期的变化规律.主要考察了震级、震中距、场地类别和阻尼因素对谱比V/H的影响,研究震级、震中距、场地类别和阻尼因素下的平均谱比曲线形状,并与抗震规范规定的0.65进行比较,提出修改建议,建议谱比值取考虑各因素影响的建议式,研究过程中,验证了所收集强震记录的可用性及研究成果的可信性.     

震级对近场地震动峰值加速度影响分析

利用273条震中距在0-30km范围内的美国地震真实记录,研究震级对近场峰值加速度（简称PGA）影响.研究结果表明随着震级增大水平向和竖直向PGA都增大,但不同类型场地增大幅度不同,Ⅲ类场地增长速度较快,Ⅰ类场地增幅较慢,比较平缓.从分析中得出Ⅰ类场地近场地震动饱和现象,但Ⅱ、Ⅲ类场地PGA值在近场变化却较大.     

不同场地下多层钢框架的结构影响系数

结构影响系数受多种因素影响,其取值与震级、震源机制、地震波传播路径、地震动持时、场地条件、阻尼比、滞回模型、屈服后刚度、系统位移延性水平等有关。根据动力时程分析方法,对四个不同的钢框架进行分析,比较得出不同场地对结构影响系数的影响,为工程设计提供参考。     

抗震反应谱场地放大系数的研究

通过对美国西部715条水平强震观测数据分析,按照场地条件、震级、震中距3个因素分组,以Ⅱ类场地峰值加速度PGA作为地震动强度,取有效峰值加速度EPA(阻尼比为5％时,0.1～0.5s范围内加速度反应谱平均值除以2.5)作为计算标准,统计得出场地放大系数.结果表明,在同一地震强度下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的场地放大系数依次增大;在同一场地条件下,场地放大系数随着地震动强度的增大呈减小的趋势.在统计结果基础之上,提出了适用于我国抗震规范的场地放大系数建议值及其应用方法,可供GB 50011-2010抗震规范修订时参考.     

竖向加速度设计反应谱研究

鉴于我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）未给出竖向加速度反应谱表达式这一现状,本文收集292组美国地区的强震记录,研究了各种地震环境下不同结构阻尼比对谱比取值（V/H）的影响,针对场地等单一影响因素统计得出谱比平均值并采用遗传算法进行最优拟合。以场地因素上的拟合谱比为基准谱比,考虑震中距、阻尼等因素取修正以建立各地震环境下的谱比建议式。应用我国10抗震规范中水平加速度反应谱表达式和本文的谱比建议式,本文列举了一个示例地震环境,并推导出竖向加速度设计反应谱建议式,研究成果可供我国抗震规范参考。     

反应谱特征周期的统计分析

特征周期是反应谱的重要参数,是工程抗震设计的关键参数,但物理意义不明确、涉及因素多、结果离散,研究成果相对较少.从反应谱的本质出发,提出了反应谱特征周期的概率法.搜集近期1491条地震记录,采用概率法（97%）和美国FEMA-450（2003）法,以中国抗震规范特征周期分类为依据,研究了反应谱特征周期的统计规律.研究表明：概率法从面积比确定特征周期,力学概念明确,确定标准统一,与美国FEMA-450（2003）法有较好的一致性;近期地震波的特征周期分布特征表明,抗震规范规定的不同场地、不同地震分组的特征周期区段,地震记录数量不同,长周期效应不容忽视.特征周期与震级、场地类别和震中距的关系复杂且离散,特征周期呈区间分布规律,分布区间值较大,区间内部定量关系仍较难确定.特征周期与震级、场地类别和震中距的相关性不明显,反应谱特征周期按场地类别、震中距（地震分组）确定,存在不确定的风险,美国抗震规范以反应谱参数直接确定特征周期的方法,抗震规范修订时值得借鉴.     

基于双规准反应谱的抗震设计谱

以千余条水平分量地震动记录为数据基础,考虑场地条件,距离和震级的影响,对地震动的加速度规准反应谱和双规准反应谱进行了研究.规准反应谱明显受到场地条件,距离和震级的影响,但场地、距离和震级影响下的平均双规准谱之间却表现出良好的一致性,基于此建议了统一的双规准设计谱模型.考虑阻尼比的影响和与现行规范设计谱的衔接,建议了可供工程设计参考使用的抗震设计谱,并与现行规范设计谱进行了比较.     

基于增量动力分析法的高层建筑-阻尼器系统地震易损性分析

高层建筑在远场强地震下可能发生严重震害,通常在建筑中设置阻尼器实现消能减震,降低建筑物主体结构地震响应以减轻震致破坏。现行建筑抗震设计规范已经给出了建筑中阻尼器的通用设计方法,然而,建筑-阻尼器系统在强地震下的实际响应是否与设计结果有所偏差、在同一设防目标下不同类型阻尼器的性能是否存在差异尚不清楚。基于现行建筑抗震设计规范,设计了20层钢框架结构以作为阻尼器性能评估的Benchmark模型,并以同一减震目标设计了3类典型阻尼器：摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和防屈曲支撑,基于所拟合的阻尼器试验曲线,对阻尼器进行参数设计,给出了典型阻尼器的数值模型。基于场地类型选取了10条地震动进行增量动力分析,对比评估了3类典型阻尼器对结构抗倒塌性能的控制效果。采用基于位移的结构性能水准评价指标,研究了3类典型阻尼器的减震控制效果,结果表明,对于采用基于中国规范设计的高层建筑-阻尼器系统,速度型的粘滞阻尼器控制效果最优,位移型的摩擦阻尼器和防屈曲支撑次之,且性能相近。     

剪力墙抗震能力设计措施有效性的校验与改进

为研究有效的剪力墙抗震能力设计措施,引导其在强震中实现可控的预期破坏模式,通过理论分析指出目前剪力墙能力设计措施存在的问题,通过精细有限元动力时程算例分析,校验了中国规范剪力墙能力调整措施的有效性;提出了改进措施,并进行了算例验证。结果表明,在刚性地基假定下中国2001版抗震规范抗弯能力调整措施使得剪力墙底截面在大震下弯曲延性需求过大、竖向承载力丧失,而底部延性加强区其他部位不易屈服,现行规范采用的抗剪能力措施不能有效避免底部加强区以上楼层剪力墙剪切失效;提出的抗弯和抗剪能力设计措施经算例验证是有效的。     

中硬场地地震影响系数谱的概率保证

我国抗震规范中采用的是地震影响系数谱,从概率上来研究规范反应谱具有重要意义.采集中硬场地上205条地震记录,研究了反应谱的概率分布模型,并运用K-S检验进行了验证.通过统计分析获得了对数正态分布,研究了规范反应谱的概率保证,发现规范反应谱在某些区段的概率保证仅有20%-30%.在加速度、速度和位移控制段获得不同概率保证的谱曲线,并对规范反应谱进行了调整,依据规范反应谱的形式运用最小二乘法对得出的谱曲线进行了拟合,拟合效果较好.     

中欧标准关于钢结构地震作用的对比

对比了中欧抗震标准中有关钢结构抗震设计的若干条文,包括抗震设防目标、场地分类、抗震设计反应谱及抗弯框架结构的设计地震作用。结果表明：在对场地条件以及地震作用的计算方法进行一定换算的基础上,对于D类场地下不超过50m的工字形截面抗弯框架结构,欧洲抗震标准中柱的设计地震作用基本上要高于GB50011—2010,梁的设计地震作用基本上要比GB50011—2010低10％～40％。