近斷層地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的影響研究.pdf

1、地震是危害人類生命財(cái)產(chǎn)安全最嚴(yán)重的突發(fā)式自然災(zāi)害之一。尤其是近10年來幾次主要大地震,造成的城市基礎(chǔ)設(shè)施破壞、人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失令世人觸目驚心。歷經(jīng)50余年的研究,各國(guó)學(xué)者已達(dá)成共識(shí),一致認(rèn)為近斷層(也稱近場(chǎng)或近源)地震動(dòng)呈現(xiàn)了較一般遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)更復(fù)雜的特征是引起工程結(jié)構(gòu)破壞的一個(gè)重要因?yàn)?并圍繞近斷層地震動(dòng),開展了大量研究,主要包括近斷層地震動(dòng)的模擬、近斷層地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系、近斷層地震動(dòng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的破壞作用分析及針對(duì)近斷層地震動(dòng)的隔震

2、與消能減震措施研究等。但迄今也沒有形成系統(tǒng)的可供實(shí)際工程應(yīng)用的考慮近斷層地震動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或加固理論,尤其是我國(guó)。
　　 在工程設(shè)計(jì)或加固時(shí),首先需要判斷擬建或已建建筑是否位于近斷層區(qū)域,其次需要確定采用哪種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,最后需要確定采用哪種設(shè)計(jì)譜和符合哪些條件的輸入地震動(dòng)。為解決這些問題,本研究主要完成了以下幾方面工作:劃分了近斷層區(qū)域；提出了我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)譜在考慮近斷層地震動(dòng)時(shí)的調(diào)整建議；給出了近斷層脈沖型地震動(dòng)的合成方

3、法；分析了近斷層脈沖型地震動(dòng)各要素對(duì)結(jié)構(gòu)破壞作用的影響；指出了考慮近斷層脈沖地震動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,提出了近斷層脈沖型地震動(dòng)作為輸入地震動(dòng)的選擇方法。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 (1)提出了基于破壞勢(shì)參數(shù)劃分近斷層區(qū)域的方法。在劃分近斷層區(qū)域時(shí),提出了相對(duì)斷層距的概念,即斷層距和矩震級(jí)的比值(dr/Mw)?；赑EER數(shù)據(jù)庫(kù)中的強(qiáng)震數(shù)據(jù),充分分析了以往用于表征近斷層地震動(dòng)潛在破壞勢(shì)參數(shù)隨相對(duì)斷層距的變化,并以其中適合劃分

4、近斷層區(qū)域的破壞勢(shì)參數(shù)劃分了近斷層區(qū)域。以體現(xiàn)方向性效應(yīng)和上/下盤效應(yīng)地震記錄的分布范圍旁證了劃分結(jié)果的合理性。
　　 (2)比較了近斷層脈沖型、近斷層非脈沖型、遠(yuǎn)場(chǎng)脈沖型和遠(yuǎn)場(chǎng)非脈沖型四類地震動(dòng)的彈性和非彈性反應(yīng)譜,分析了其對(duì)我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)譜和非彈性位移計(jì)算的影響,結(jié)果表明:近斷層脈沖型地震動(dòng)對(duì)我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)譜的影響主要體現(xiàn)于動(dòng)力系數(shù)譜的特征周期,對(duì)譜函數(shù)形式和最大值取值無明顯影響；當(dāng)考慮近斷層脈沖型地震動(dòng)影響時(shí),我國(guó)抗震

5、規(guī)范規(guī)定的非彈性位移簡(jiǎn)化計(jì)算方法偏于危險(xiǎn)。給出了考慮近斷層脈沖型地震動(dòng)影響的動(dòng)力系數(shù)譜調(diào)整建議,建議采用時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算我國(guó)抗震規(guī)范規(guī)定的可采用非彈性位移簡(jiǎn)化計(jì)算方法計(jì)算的結(jié)構(gòu)。
　　 (3)分析了以往等效速度脈沖模型存在的不足之處,提出了新的等效速度脈沖模型；分析了已有脈沖周期和脈沖速度峰值識(shí)別方法的局限性,提出了首先采用漢寧窗平滑脈沖型地震記錄,再通過平滑后的地震記錄,識(shí)別脈沖周期和脈沖速度峰值的方法,并驗(yàn)證了識(shí)別方法的合

6、理性；改進(jìn)了近斷層脈沖型地震動(dòng)的合成方法。
　　 (4)系統(tǒng)深入的分析了近斷層脈沖型地震動(dòng)各要素對(duì)彈性、非彈性反應(yīng)譜及框架和框架剪力墻結(jié)構(gòu)破壞作用的影響,從本質(zhì)上分析了前人提出的能量密度(Eρ)、最大增量速度(△Vmax)、改進(jìn)的有效峰值加速度(IEPA)、改進(jìn)的有效峰值速度(IEPV)以及水平峰值速度和峰值加速度比值(PHV/PHA)這些破壞勢(shì)參數(shù),在表征近斷層脈沖型地震破壞作用時(shí)的不足之處,指出不能單獨(dú)以某個(gè)破壞勢(shì)參數(shù)衡量近

7、斷層脈沖型地震動(dòng)的破壞作用或作為輸入地震動(dòng)的選擇標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)綜合考慮峰值加速度、脈沖速度峰值、脈沖周期與結(jié)構(gòu)周期之間關(guān)系的影響。
　　 (5)比較了在近斷層脈沖型和一般遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下,混凝土框架和、框架剪力墻結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和破壞機(jī)理,依據(jù)比較結(jié)果提出了考慮近斷層脈沖型地震動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。提出了在工程背景允許的情況下,應(yīng)盡量避開受近斷層脈沖型地震動(dòng)影響區(qū)域的設(shè)計(jì)思想,并統(tǒng)計(jì)了近斷層脈沖型地震動(dòng)的數(shù)量隨斷層距的分布,為確定這一避讓區(qū)