【摘 要】
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超高层结构易成为远场长周期地震动潜在发作区域内的主要受害对象,这意味着结构工程师在关于超高层结构的舒适性和安全性方面必须给予更多的关注和思考。尽管如此,限于远场长周期地震动复杂的地质构造因素,使得单从工程学角度较难准确地把握远场长周期地震动的特性及确定与之匹配的地震动输入,从而就超高层结构在这类地震动激励下所产生的问题并没有给出行之有效的应对策略。鉴于此,本文以远场长周期地震动孕育机制为出发点,由
【基金项目】
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国家自然科学基金:长周期地震动模型化及设计地震动研究(项目编号:51478068)和山地建筑结构地震破坏机理与抗震设计理论(项目编号:51638002);
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超高层结构易成为远场长周期地震动潜在发作区域内的主要受害对象,这意味着结构工程师在关于超高层结构的舒适性和安全性方面必须给予更多的关注和思考。尽管如此,限于远场长周期地震动复杂的地质构造因素,使得单从工程学角度较难准确地把握远场长周期地震动的特性及确定与之匹配的地震动输入,从而就超高层结构在这类地震动激励下所产生的问题并没有给出行之有效的应对策略。鉴于此,本文以远场长周期地震动孕育机制为出发点,由远场长周期地震动的量化识别展开,依次通过地震动特性、地震动模拟及超高层结构响应特征等方面形成对远场长周期地震动从理论到实际的研究过程,其中相关研究内容及主要结论如下。(1)建立远场长周期地震动定量界定方法。凭借相位关于频率的导数刻画不同频率到达时刻的差异。通过群延迟模型及参数识别,建立以拐点频率和能量比为变量的远场长周期地震动回归界定函数。针对回归与主观分类结果进行分析,阐明建议方法能够界定由“晚到”长周期面波控制的长周期地震动。以已知盆地孕育的远场长周期地震动记录为参照,验证建议方法对长周期地震动界定的有效性。进而与既有界定方法的结果对比,说明建议方法的优越性。(2)基于界定结果的地震动长周期特性对比。围绕长周期特征对界定的远场长周期和普通地震动做关于以峰值及峰值比和有效持续时间等参数为代表的时域分析、平均反应谱为代表的频域分析和小波时频系数为代表的时频非平稳特征分析,从而佐证了界定方法的有效性。在此基础上,就不同类别地震动的面波提取及分析,说明了长周期面波对远场长周期地震动关于长周期卓越性方面具有显著贡献并验证了其对顶点位移响应的控制作用。(3)基于功率谱和小波包方法的长周期地震动仿真。以窄带平稳速度功率谱刻画“晚到”面波为主的长周期卓越性,进而通过谱表现形式描述由长周期卓越成分为主的随机过程。经时域和频谱函数调整的高斯白噪声作为初始随机序列,进行以频域加速度反应谱和时域累积能量为目标生成具有非平稳特征的地震动高频时间序列。就仿真长周期地震动与实际记录在时域和频域内的相似性,说明建议方法针对特殊长周期地震动的仿真具有可行性。(4)考虑群延迟和放大系数的远场长周期地震动随机模拟。以地震动点源随机物理模型为基础,建立由群延迟函数控制相位分布,实现长周期地震动频域非平稳模拟;以经验统计的盆地放大系数作为确立长周期幅值调整放大的依据。进而以实际地震记录为参照,验证了建议方法对长周期地震动模拟的可行性。在此基础上,分别建立考虑震中距分组的群延迟参数化统计模型和长周期幅值放大系数关于剪切波速的近似函数,从而构建了远场长周期地震动的参数化随机模拟方法。(5)以远场长周期地震动的地震孕育环境为出发点,对某场点进行简化地概率地震危险性分析。基于此,从长周期地震动关于超高层结构的响应特征角度,阐述了建议长周期地震动模拟方法的有效性。同时,就不同类型耗能装置在长周期和普通地震动输入下对结构响应的影响差异进行了初步地对比分析。
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