我国不同抗震设防需求下的强震动记录选取研究

发布时间：2020-10-17 08:26

　　 随着计算机性能的不断提高,结构弹塑性建模技术的日益成熟,弹塑性时程分析的应用范围越来越广。如何合理选择地震动输入已成为目前结构弹塑性时程分析中迫切需要解决的问题。此外我国数字强震动观测台网自2008年全面运行以来,积累了一大批具有工程价值的强震记录,为后续记录选取研究提供了大量宝贵的观测数据。在该契机下本文以我国不同层次抗震设防需求下的强震记录选取工作作为研究对象,充分考虑现有国内外记录积累现状和工程实践应用,逐步深化,从面向一般建筑结构抗震设防需求过渡到服务重大建筑结构工程和新一代性态地震工程。研究内容从面向抗震规范目标谱的记录匹配,逐步过渡到考虑地震危险一致性和参数完备性的条件谱与广义条件参数匹配上。最终构建了一套满足我国多层次抗震设防需求的记录选取体系。具体的研究内容如下:(1)提出一整套系统的我国现行建筑抗震规范框架下的记录选取流程,并给出了对应的国内外强震记录选取数据集供参考。结合国内外强震数据分布讨论了地震信息筛选,调幅区间范围等问题,同时提出了利用全周期段匹配结果进行权重函数修改的记录选取思路,有效优化记录选取结果,得到符合抗震规范选波相对误差要求的匹配结果。并通过对12层和3层平面RC框架进行弹塑性时程分析,采用点估计思路验证了本文记录选取方案下的最大层间位移角响应与预测值具有较好一致性,离散性更小。且由于不依赖结构特性的事先确定,选波结果具有工程应用方便和适用性广泛的优点。(2)分析讨论了现行抗震规范中不同记录选取数量方案和记录间离散性对最终结构响应估计值的影响。基于蒙特卡罗模拟技术构造假想结构响应分布,然后对比选波数量和离散性的影响,表明选择三条记录中响应最大值的方案时,不仅响应期望要高于理论目标响应值,而且结果分布以及安全保证率受离散性影响较大。通过对某10层平面框架进行数值模拟验证了上述结论。经过对比后,建议基于七条及以上强震记录下的响应均值,利用经验修正公式计算得到稳定的0.84分位估计值,以得到满足规范要求安全保证率的计算结果,对该经验修正公式的适用性做了数值模拟实例验证。(3)面向我国开展地震安全性评价工作的建筑结构,给出了考虑场址地震危险性的条件均值谱/条件谱(CMS/CS)强震记录选取流程。首先从我国地震安全性评价的中国概率危险性分析框架出发,给出同时考虑震级,距离和地震动离散性的设定地震解耦结果,同时考虑了中国衰减关系长短轴的问题,引入了方向角参数θ作为解耦参数。以中国强震记录数据库为基础统计了0.01 s-2.0 s之间加速度谱标准差相关系数矩阵?(?(T_1),?(T_2))。最后以我国两个实际场址的地震安全性评价工程实例为基础,构建了与目标地震危险性水平相符的条件均值谱和条件谱,给出了兼顾场址地震危险性特征与结构特性的强震记录选取方案。(4)交叉计算多个条件周期点下记录选取结果的超越概率曲线,并与地震概率危险性分析的结果进行对比。不同周期点下的计算结果彼此较为一致,验证了选波结果具有较好的地震危险一致性。整个流程与我国的CPSHA思路和地震安全性评价产出可以很好衔接,且基于中国安全性评价实例开展,具有工程可操作性。(5)针对CMS/CS仅仅考虑了谱加速度指标的缺陷,从参数完备性角度出发提出了中国广义条件参数分布(GCIM)构建思路,同时考虑幅值(PGA,PGV),频谱(Sa),持时(D_s),以及谱强度相关参数(SI和ASI)共23个地震动强度IM指标。首先基于中国强震记录数据库逐一构建两两IM指标之间的相关系数矩阵,进而结合我国地震安评潜源和衰减关系的特点,充分考虑各个潜源的微元贡献,提出了利用权重修正的中国简化广义条件目标分布计算方法,大大提高了计算效率。最后同样以我国安全性评价实例为出发点,给出了同时考虑23个IM指标分布的GCIM构建流程与算例,得到的结果可以对与多IM指标存在相关性的结构响应分布进行估计。(6)基于上文考虑危险一致性与参数完备性的地震动选取方法,针对传统概率地震需求分析方法存在的弊端,在新一代基于性能地震工程框架下,在现有条带法的基础上进行改进,设计了一套新的可以与中国地震危险性分析结果很好衔接的结构需求指标危险性曲线(EDHC)计算方法。不仅兼顾了地震危险一致性与参数完备性,同时避免了传统云图法理论假定带来的误差,同时大大减小传统条带法的计算成本。采用一个10层钢筋混凝土平面框架作为算例,分别采用上文的CMS,CS以及GCIM的选波结果进行EDHC计算。彼此计算结果的一致性表明了计算结果的稳定和可靠,而传统云图法由于诸多假设的存在,EDHC计算结果相较本文的改进条带法有明显高估。最后采用低相关性IM指标下的选波结果进行计算,彼此较好的一致性验证了本文EDHC计算结果的危险一致性。
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.11
【部分图文】：

本文研究内容框架

中国地震局工程力学研究所博士学位论文- 18 -图2-1 中国NSMONS强震动记录数据(2007-2015年)以及NGA-West1强震动记录数据库PGA、震级、距离分布2.2 地震动与场地参数初选条件国外一般基于地震动危险性分析得到待建结构所在场址的设定地震信息，如最大考虑地震（MCE, Most considered earthquake），然后以地震信息为依据进行地震动记录的初步筛选。如美国抗震设计规范（ASCE7），欧洲抗震规范（Eurocode8）等明确规定了最终选取记录的地震信息应与当地最应考虑地震动事件（MCE）基本相符。而中国除重大工程项目需要进行场址安全性评价外，一般的建筑场址并没有对应的设定地震信息作为依据。我国《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》中有如下规定：“采用时程分析法时，应当按照建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线….”。该条款虽然变相规定了所选记录应当对地震动的影响三要素（震级，传播路径，场地因素）进行约束，但是没有给出切实可行的对应选波方法。地震设计分组概念本身就是用来表征近、远震下的目标地震动反应谱特征，和设防烈度一样，均会受震级和距离共同影响。而对于我国强震动记录台站来说

在极近场存在幅值随距离饱和的现象，因此距离范围选择 10 km 到究区间（ATC 63, 2008）。选取 10 km 对应的震级为下限，200 km 对限。表 2-1 设防烈度对应的震级上下限设防烈度 东部长轴 东部短轴 西部长轴 西部短轴 限VI 5.0 5.2 5.1 4.9 VII 5.6 5.9 5.8 5.6 VIII 6.3 6.6 6.4 6.2 IX 7.0 7.3 7.1 6.9 限VI 7.6 7.7 7.7 7.4 VII 8+ 8+ 8+ 8+ VIII 8+ 8+ 8+ 8+ IX 8+ 8+ 8+ 8+ 到 IX 四个目标烈度对应的震级上，下限计算结果如表 2-1 和图 2-烈度衰减关系反推得到的临界值差异在 0.5 以内，可以说区别并不震级范围归纳于表 2-2。

本文编号：2844536