建筑抗震设计规范中地震动记录选取的研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhou414663000
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随着我国地震动记录数据的不断累积,基于结构弹塑性时程分析普及的背景,国内工程设计人员对地震动记录的选取工作日渐重视,选取合适与合理的地震动记录也成为工程地震方向的研究热点。我国现行的《建筑抗震设计规范GB50011-2010》中对于地震记录选取工作有相应的规定与说明,但相比于国外现行的建筑抗震规范,特别是美国的ASCE系列规范,却有一定程度的不同与不足。本文以中美现行建筑抗震规范为出发点,对记录选取工作中的异同与优劣进行对比,同时对水平双向地震动的不同地震动参数选取进行研究,并在此基础之上对时程分析中二维地震动的输入方式进行分析,以及对隔震结构的记录选取工作进行一定程度的探索,最终完成我国建筑抗震规范地震动记录选取工作的研究,具体的研究内容如下:(1)对比了中美现行抗震规范中记录选取工作差异性。采用中国地震台网(NSMONS)2007-2015年地震动数据库与美国太平洋地震研究中心(PEER)NGA-West1数据库,根据我国五代区划图中的衰减关系,依据震级、距离以及场地条件,得到数据库中的初选条件。基于不同自振周期的框架结构模型,分别以同一设定地震条件和同一设防水准为出发点,采用中国规范GB50011-2010和美国规范ASCE7-16中的规定,对初选记录库进行记录选取工作,对比分析记录选取结果和时程分析结果。同一设定地震条件下,美国规范选取天然记录数量过少,受工程师主观性影响较大;中国规范选取记录受记录库影响多来源同一地震事件,不具代表性。同一设防水准下,给出中美规范中地震动转换参数;中国规范选取记录时程分析结果离散度偏大;美国规范选取记录的物理意义更明确,但只规定下限,导致选取结果偏保守。因此中美规范在主客观性、物理意义、经济性与安全性等方面存在明显的不同。(2)分析了水平双向地震动记录选取的不同地震动参数及其敏感性。以国外不同抗震规范中对于水平双向地震动记录选取的不同规定为出发点,对水平双向地震动分别采用最大方向谱(Rot D100)、均方根谱(SRSS)和几何平均谱(GM)进行谱匹配,并输入至不同自振周期的框架结构中进行时程分析,对比分析结构响应、放缩系数以及地震动的幅值、频谱和持时特性,并分析其敏感性。结果表明,不同的地震动参数对于记录选取结果有明显的影响;相较于参数SRSS和GM,Rot D100选取结果的结构响应、放缩系数和地震动特性标准差更小,离散性更小;Rot D100在中短周期处选取结果谱值略大于目标谱值;采用参数Rot D100时幅值和持时特性与频谱特性相关性较明显。因Rot D100参数在中短周期处偏保守,安全性更高,故在工程中建议采用Rot D100参数进行水平双向记录的选取,同时亦可适当考虑有效峰值加速度等因素,为规范中水平双向记录选取提供思路。(3)分析了地震动不同输入方式对结构响应的影响。两水平正交分量的加速度峰值比例和台站布设方向与断层走向之间夹角有密切的联系,我国抗震规范中1:0.85的比例不具说服力。本研究将Rot D100参数水平双向记录库中的地震动依据矢量分解原理,以5°为精度在0~180°范围内进行旋转,给出旋转后记录库。建立相同长宽比、不同长宽比的规则平面结构系和相同质心-输入点距离、不同质心-输入点距离的不规则平面L型结构系,并将旋转前后记录输入至结构中进行时程分析。研究表明,地震动的输入方式对不同自振周期的结构均无明显的影响;不同长宽比规则平面结构系的结构响应与输入方式呈明显的线性关系;不同质心-输入点距离不规则平面L型结构系的结构响应与输入方式无明显相关性。因此工程中可依据结构平面对称性选用不同的地震动输入方式。因此建议依据不同的结构类型选择不同的输入方式。(4)研究隔震结构的地震动记录选取工作。隔震结构抗震验算选用的地震动记录多为经典记录,可选性小。依据近断层地震动的定义将初选地震动库划为近断层记录库、远场记录库和混合记录库,选用结构布设隔震支座前后两种不同的记录选取方式,选取7~14条不同数量的记录,以单自由度简化模型进行结构响应对比分析,并以某工程中8层隔震框架-剪力墙结构为验算模型,分别进行结构时程分析。研究结果表明,对于隔震结构的记录选取工作,选取数量的敏感性较低,7条记录即可满足需求;结构布设隔震支座后的选取方法结果略小于结构布设隔震支座前的结果,且其离散度更小;混合记录库的选取结果离散度与差异性介于近场脉冲库和远场非脉冲库之间。综上所述,隔震结构进行记录选取工作时,建议从混合记录库中选用7条记录,既满足选取结果离散度更小和匹配度更高,也更符合工程意义同时优先依据结构布设隔震支座后进行记录选取,当选取结果与目标谱差异性过大时,可依据结构布设隔震支座前进行记录选取工作。
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