俯冲板内地震的位移谱阻尼修正系数研究

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近些年来,我国地震频发,已造成大量的人员伤亡和经济损失。随着社会发展及城市建设的加速,我国仍在经历着大规模的基础设施和其他建筑物的建造过程,提高建筑物的抗震性能已成为设计工作中的一个重要部分。目前,我国的抗震设计规范是以5%阻尼比的设计反应谱为基准,通过阻尼调整系数来进行多种阻尼比水平的建筑物的抗震设计工作。但规范中阻尼调整系数的形式相对简单,在模拟多种阻尼比水平的建筑物遭受地震作用时的响应方面还不够完善。为了得到5%阻尼比水平以外的其他阻尼比水平下的位移设计反应谱,本文给出了一系列的位移谱阻尼修正系数值。在俯冲带区域,例如日本和台湾,不同地震类型记录的反应谱存在着显著的差异,俯冲板内地震便是四类地震中的一种。本文先是结合过去三十多年来国内外关于阻尼修正系数的研究成果,对其影响因素和研究方法进行了归纳和总结;其次,利用从日本K-NET和KiK-net台网中选取的135次俯冲带板内地震事件的4609条水平地震动记录,对记录的阻尼修正系数B_d进行了计算和处理影响;之后,本文对B_d可能的影响要素和参数形式做了系统细致的分析研究,并最终给出了B_d的回归模型及多种类型的标准差。在本文中,B_d模型的研究被分为两个部分:均值模型和包含了震源、路径、场地效应的模型。第一个模型(均值模型),即是对所有记录在某一谱周期和阻尼比组合下B_d的几何均值进行回归,旨在调整设计反应谱,形式相对简单。在回归过程中,本文利用Zhao et al(2016)的场地分类方法将记录按场地分成了四类,并通过F检验和t检验,证实了对B_d分场地类别回归的必要性。通过观察B_d关于阻尼比的变化规律,本文以最小二乘法为基础,选择了阻尼比自然对数的二次多项式对B_d进行了分谱周期的均值模型回归,模型回归系数被进行了关于谱周期的平滑处理,回归结果对于实际B_d均值有着良好的拟合度。第二个模型(模型II)旨在说明震源效应(震级、断层深度)、路径效应(断层距离、火山区距离)以及场地效应(四类场地)对B_d的影响作用。通过分析残差关于各个影响因素的分布情况并结合Zhao et al(2016)对于地震动衰减关系的研究成果,本文第二个模型最终采用了双线性的震级一次项、双线性的断层深度一次项、断层距离的几何衰减项和粘滞衰减项、火山距离一次项以及对应于四类场地的四个常数项作为表达式形式。将均值模型和模型II相加,可得到最终的位移谱阻尼修正系数表达式,模型的目的是得到光滑适用的位移设计反应谱。通过对回归过程和表达式残差的研究分析,本文得出以下结论:1、B_d与谱周期、阻尼比、地类别、矩震级、断层深度、断层距离和火山区距离相关,本文所选用的参数形式可有效减小残差关于各参数的分布偏差,利用回归模型可以得到0.01至0.3阻尼比范围内合理适用的位移反应谱。2、表达式对场地I、场地II的拟合效果要优于场地III和场地IV。在大多数谱周期下,震源效应在位移谱阻尼修正系数上产生的随机误差要小于其他效应产生的随机误差;当T>0.12s时,场地效应造成的随机误差小于路径效应导致的随机误差,其他情况下场地效应造成的随机误差更大。3、总体上看,位移谱阻尼修正系数模型的标准差不大,最大值出现在谱周期为0.1s、阻尼比为0.3组合下,值为0.29。
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