近场脉冲型地震动的量化识别及特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:villmid
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二十世纪九十年代发生在大城市附近的几次大地震给人类社会造成了巨大的人员伤亡和经济损失,并引发了科学家对近场地震动的关注。由于临近发震断层,这类地震动蕴含了比普通远场地震动更多的地震能量。近场区域的工程结构在遭受近场地震动作用时,其损伤程度往往远超人们所预期的结果。详细地研究脉冲型地震动的特性对于保障近场区域工程结构的抗震安全有着十分重要的现实意义。本文对近场脉冲型地震动的量化识别及其特性、地震动衰减关系的窄带修正以及脉冲型地震动强度的双参数表征四个主要问题进行了研究,主要研究内容及结论如下:(1)针对当前用于识别脉冲型地震动的方法效率较低的局限性,提出基于能量的脉冲型地震动记录量化识别方法。为剔除高频成分对速度脉冲的干扰,采用简化脉冲模型提取原时程中的速度脉冲,再由“峰点法”确定其脉冲周期、脉冲起始以及终止时刻,并验证了“峰点法”的有效性。由脉冲起始和终止时刻所决定的脉冲相对能量作为量化识别脉冲型地震动记录的指标,并据此判别地震动记录的脉冲属性。基于能量的概念,提出一种用于识别前场方向性效应型脉冲记录的量化方法。结果表明,如果速度脉冲发生的起始时刻位于有效持时时间段的中点之前,那么该地震动可以被认为是由前场方向性效应所产生。(2)在阐明需要区别对待脉冲型地震动和非脉冲型地震动的基础上,对脉冲的谱放大效应进行了详细研究。结果表明,脉冲对加速度反应谱值的放大作用区间会随着脉冲周期的变大而在周期横坐标轴上逐渐向右移动,并且其影响区间会随着脉冲周期的增大而变宽。比较了LSF法和小波分析两种脉冲提取手段对于研究脉冲方向性效应的差异性。结果表明,LSF法提取脉冲的稳定性更好,效率更高。证明了脉冲相对能量与结构反应之间存在较强的相关性,在一定条件下,脉冲相对能量可以用来作为表征地震动强度的参数。(3)定量分析了脉冲效应对加速度反应谱影响的周期区间及其放大程度。结果表明,脉冲效应发生的起始周期、最大周期、结束周期以及脉冲效应对加速度反应谱的放大系数与脉冲周期存在较好的相关性。基于回归分析结果,给出了该放大作用影响周期区间及其放大系数的解析表达式。与现有的窄带修正模型进行了对比,结果表明,现有模型在窄带周期范围内修正后的加速度反应谱明显大于本文所提方法,且其谱峰值发生的周期点要早于所提模型。(4)通过地震动强度参数与结构整体损伤指数之间的相关性分析,得到与结构反应关联性较强且相互较为独立的两个表征地震动强度参数的指标——峰值地面速度和第一振型周期谱加速度。结果表明,采用此双参数表征地震动强度时可以在保证结构反应预测精度的同时,大大减小由地震动数据复杂性带来的离散性。
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