李　琳

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

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強(qiáng)震動(dòng)記錄選取中目標(biāo)譜的研究及應(yīng)用

李琳

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

隨著強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展， 強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的累積推動(dòng)了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。 目前， 在許多國(guó)家的抗震規(guī)范中都將結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)時(shí)程分析方法列為靜態(tài)設(shè)計(jì)方法的必要補(bǔ)充， 但對(duì)于高層建筑、 大跨結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)形式及重要建設(shè)工程， 要求強(qiáng)制使用動(dòng)態(tài)時(shí)程分析方法。 我國(guó)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于強(qiáng)震動(dòng)記錄選取的規(guī)定過(guò)于籠統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在面對(duì)大量強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)時(shí)缺乏明確的選取依據(jù)。 本文搜集整理了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)， 通過(guò)對(duì)地震參數(shù)的統(tǒng)計(jì)， 提出基于場(chǎng)地類型的改進(jìn)反應(yīng)譜譜值相關(guān)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式， 并將其應(yīng)用于條件均值反應(yīng)譜(conditions mean spectrum， CMS)的建立。 同時(shí)， 本文基于地震動(dòng)衰減關(guān)系建立地震信息與抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 將其作為匹配規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜選波方法的篩選依據(jù)， 進(jìn)而明確了抗震規(guī)范中強(qiáng)震動(dòng)記錄選取的初選條件。 研究中發(fā)現(xiàn)， 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜不宜作為譜形匹配選取強(qiáng)震動(dòng)記錄的目標(biāo)譜， 因此， 提出兩種建立合理目標(biāo)譜的方法： 一是基于地震動(dòng)衰減關(guān)系建立PGA目標(biāo)譜； 另一是基于地震參數(shù)建立EPA均值目標(biāo)譜。 最后探討了在地震安全性評(píng)價(jià)工作中實(shí)際強(qiáng)震動(dòng)記錄的選取及應(yīng)用。

本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：

(1) 通過(guò)對(duì)20000余條強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)記錄的加速度、 速度及位移峰值和反應(yīng)譜譜值的相關(guān)系數(shù)的分界周期點(diǎn)隨著場(chǎng)地條件而變化， 并提出基于場(chǎng)地類別改進(jìn)反應(yīng)譜譜值相關(guān)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。 改進(jìn)后的反應(yīng)譜譜值相關(guān)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式改善了目標(biāo)譜的場(chǎng)地特征， 使其更符合場(chǎng)地條件的要求。

(2) 針對(duì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于強(qiáng)震動(dòng)記錄選取的相關(guān)條款， 提出強(qiáng)震動(dòng)記錄選取的基本原則和具體方法， 為完善相關(guān)規(guī)定提供參考依據(jù)。 針對(duì)一般建設(shè)工程， 依據(jù)地震動(dòng)加速度峰值(PGA)衰減關(guān)系， 提出同等設(shè)防PGA目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的地震參數(shù)范圍， 建立斷層距和地震設(shè)計(jì)分組的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 進(jìn)而確定強(qiáng)震動(dòng)記錄選取的初選條件。 討論了結(jié)構(gòu)響應(yīng)和強(qiáng)震動(dòng)記錄反應(yīng)譜譜值的關(guān)系， 以典型框架結(jié)構(gòu)為例確定匹配周期范圍。 結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)與強(qiáng)震記錄反應(yīng)譜相關(guān)性分析表明， 兩者在結(jié)構(gòu)自振周期前后相關(guān)關(guān)系最為顯著， 距離自振周期越遠(yuǎn)的反應(yīng)譜值與結(jié)構(gòu)反應(yīng)的相關(guān)系數(shù)越小。 基于以上分析， 建立了選取強(qiáng)震記錄的基本原則： 以距離和場(chǎng)地條件作為強(qiáng)震動(dòng)記錄選取第一限制條件。 根據(jù)結(jié)構(gòu)自振周期確定匹配規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)譜周期范圍， 建議的匹配周期范圍為0.4T1～1.5T1， 最后由實(shí)際記錄與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜在匹配周期范圍內(nèi)的均方差由小到大的順序選取記錄， 記錄的放縮系數(shù)限定在0.2～4.0之間。

(3) 本文基于地震動(dòng)衰減關(guān)系， 建立PGA目標(biāo)譜并匹配目標(biāo)分布的強(qiáng)震動(dòng)記錄的選取方法。 對(duì)于未進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)， 無(wú)法提出地震參數(shù)的一般建筑工程擬建場(chǎng)地， 先利用PGA衰減關(guān)系， 確定同等PGA目標(biāo)值下的震級(jí)和距離， 再代入加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系， 確定與PGA目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜即為PGA目標(biāo)譜。 PGA目標(biāo)譜不僅是確定的均值譜， 而且具有概率含義。 PGA目標(biāo)譜的分布及概率特性反應(yīng)了地震動(dòng)的不確定性， 進(jìn)而為結(jié)構(gòu)反應(yīng)的離散性提供了一個(gè)合理的參考范圍。

(4) 本文按場(chǎng)地條件和斷層距將現(xiàn)有強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)分組， 建立EPA均值目標(biāo)譜。 通過(guò)將EPA均值譜、 PGA目標(biāo)譜和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行比較， EPA均值譜與PGA目標(biāo)譜譜形相似均具有良好譜形， 匹配效果優(yōu)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜。 建議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜作為強(qiáng)震記錄選取的目標(biāo)譜時(shí)， 需要： ① 增加特征周期； ② 減小地震設(shè)計(jì)分組1、 2組， 場(chǎng)地類型為I類場(chǎng)地和II類場(chǎng)地的中長(zhǎng)周期段反應(yīng)譜值。

(5) 探討了地震安全性評(píng)價(jià)工作中強(qiáng)震動(dòng)記錄的選取， 結(jié)合不同等級(jí)的工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)， 提出與之相適應(yīng)的強(qiáng)震記錄選取的基本方法及原則， 建議如下：

① I級(jí)安評(píng)的工程場(chǎng)地， 采取基于設(shè)定地震的強(qiáng)震動(dòng)記錄選取方法。 首先根據(jù)設(shè)定地震確定地震參數(shù)的初選條件， 然后以場(chǎng)地設(shè)計(jì)譜作為目標(biāo)譜， 匹配場(chǎng)地設(shè)計(jì)譜選取記錄。

② II級(jí)和III級(jí)安評(píng)的工程場(chǎng)地， 采取建立條件均值目標(biāo)譜的方法。 即以場(chǎng)地設(shè)計(jì)譜上結(jié)構(gòu)特征周期點(diǎn)對(duì)應(yīng)的加速度反應(yīng)譜值為條件， 利用設(shè)定地震的震級(jí)和距離等基于加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系建立條件均值目標(biāo)譜， 并采取匹配條件均值目標(biāo)譜分布的方法選取強(qiáng)震動(dòng)記錄。

③ Ⅳ級(jí)安評(píng)的工程場(chǎng)地， 根據(jù)目標(biāo)PGA值， 采取PGA目標(biāo)譜的方法選取強(qiáng)震動(dòng)記錄。

關(guān)鍵詞強(qiáng)震動(dòng)記錄； 反應(yīng)譜； 地震動(dòng)峰值加速度； 時(shí)程分析； 目標(biāo)譜

(作者電子信箱， 李琳： lilin559@sina.com)

中圖分類號(hào)：P315.6；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.015