强震动记录选取中目标谱的研究及应用

李　琳

(中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨150080)



强震动记录选取中目标谱的研究及应用

李琳

(中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨150080)

随着强震动观测技术的发展， 强震动观测数据的累积推动了结构抗震设计理论的发展。 目前， 在许多国家的抗震规范中都将结构动态时程分析方法列为静态设计方法的必要补充， 但对于高层建筑、 大跨结构等特殊结构形式及重要建设工程， 要求强制使用动态时程分析方法。 我国结构抗震设计规范及相关标准关于强震动记录选取的规定过于笼统， 结构设计人员在面对大量强震动记录数据时缺乏明确的选取依据。 本文搜集整理了国内外现有强震动记录数据， 通过对地震参数的统计， 提出基于场地类型的改进反应谱谱值相关系数经验公式， 并将其应用于条件均值反应谱(conditions mean spectrum， CMS)的建立。 同时， 本文基于地震动衰减关系建立地震信息与抗震设计参数的对应关系， 将其作为匹配规范标准谱选波方法的筛选依据， 进而明确了抗震规范中强震动记录选取的初选条件。 研究中发现， 规范标准谱不宜作为谱形匹配选取强震动记录的目标谱， 因此， 提出两种建立合理目标谱的方法： 一是基于地震动衰减关系建立PGA目标谱； 另一是基于地震参数建立EPA均值目标谱。 最后探讨了在地震安全性评价工作中实际强震动记录的选取及应用。

本文主要研究内容及结论如下：

(1) 通过对20000余条强震动记录的地震动参数进行分析， 发现记录的加速度、 速度及位移峰值和反应谱谱值的相关系数的分界周期点随着场地条件而变化， 并提出基于场地类别改进反应谱谱值相关系数经验公式。 改进后的反应谱谱值相关系数经验公式改善了目标谱的场地特征， 使其更符合场地条件的要求。

(2) 针对抗震设计规范中关于强震动记录选取的相关条款， 提出强震动记录选取的基本原则和具体方法， 为完善相关规定提供参考依据。 针对一般建设工程， 依据地震动加速度峰值(PGA)衰减关系， 提出同等设防PGA目标值对应的地震参数范围， 建立断层距和地震设计分组的对应关系， 进而确定强震动记录选取的初选条件。 讨论了结构响应和强震动记录反应谱谱值的关系， 以典型框架结构为例确定匹配周期范围。 结构位移反应与强震记录反应谱相关性分析表明， 两者在结构自振周期前后相关关系最为显著， 距离自振周期越远的反应谱值与结构反应的相关系数越小。 基于以上分析， 建立了选取强震记录的基本原则： 以距离和场地条件作为强震动记录选取第一限制条件。 根据结构自振周期确定匹配规范标准目标谱周期范围， 建议的匹配周期范围为0.4T1～1.5T1， 最后由实际记录与规范标准谱在匹配周期范围内的均方差由小到大的顺序选取记录， 记录的放缩系数限定在0.2～4.0之间。

(3) 本文基于地震动衰减关系， 建立PGA目标谱并匹配目标分布的强震动记录的选取方法。 对于未进行地震安全性评价， 无法提出地震参数的一般建筑工程拟建场地， 先利用PGA衰减关系， 确定同等PGA目标值下的震级和距离， 再代入加速度反应谱衰减关系， 确定与PGA目标值对应的反应谱即为PGA目标谱。 PGA目标谱不仅是确定的均值谱， 而且具有概率含义。 PGA目标谱的分布及概率特性反应了地震动的不确定性， 进而为结构反应的离散性提供了一个合理的参考范围。

(4) 本文按场地条件和断层距将现有强震动记录数据分组， 建立EPA均值目标谱。 通过将EPA均值谱、 PGA目标谱和规范标准谱进行比较， EPA均值谱与PGA目标谱谱形相似均具有良好谱形， 匹配效果优于规范标准谱。 建议规范标准谱作为强震记录选取的目标谱时， 需要： ① 增加特征周期； ② 减小地震设计分组1、 2组， 场地类型为I类场地和II类场地的中长周期段反应谱值。

(5) 探讨了地震安全性评价工作中强震动记录的选取， 结合不同等级的工程场地地震安全性评价， 提出与之相适应的强震记录选取的基本方法及原则， 建议如下：

① I级安评的工程场地， 采取基于设定地震的强震动记录选取方法。 首先根据设定地震确定地震参数的初选条件， 然后以场地设计谱作为目标谱， 匹配场地设计谱选取记录。

② II级和III级安评的工程场地， 采取建立条件均值目标谱的方法。 即以场地设计谱上结构特征周期点对应的加速度反应谱值为条件， 利用设定地震的震级和距离等基于加速度反应谱衰减关系建立条件均值目标谱， 并采取匹配条件均值目标谱分布的方法选取强震动记录。

③ Ⅳ级安评的工程场地， 根据目标PGA值， 采取PGA目标谱的方法选取强震动记录。

关键词强震动记录； 反应谱； 地震动峰值加速度； 时程分析； 目标谱

(作者电子信箱， 李琳： lilin559@sina.com)

中图分类号：P315.6；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.015