新一代抗震設計譜理論體系及其關鍵問題研究

本項目著重于新一代抗震設計譜理論、方法及其應用關鍵問題的研究和探索。國內外首次提出基于雙參數(shù)的雙規(guī)準化反應譜、連續(xù)組合規(guī)準化反應譜、地震動反應譜特征要素及其分類、地震動特征精細化分析以及地震動多尺度分解等一些概念或方法；詳細探討了地震動的本質特征及其區(qū)段統(tǒng)一性，新一代抗震設計譜構建新方法等地震工程學難題，進一步發(fā)展完善了統(tǒng)一設計譜理論；在特殊高幅值地震動特征，反應譜統(tǒng)計分析的譜值概率分布，低頻型地震動反應譜長周期段表達，以及近斷層設計譜的概率標定，核電廠抗震設計譜的優(yōu)化及其構建方法等方面取得突破性的認識或進展。這些工作均密切結合我國當前各類工程建設的抗震安全和抗震設計需要，屬原創(chuàng)性研究結果，已陸續(xù)在EEEV、JEE、BSSA等國際期刊發(fā)表（錄用或投稿后修改）論文多篇，統(tǒng)一設計譜的一些研究結果已被地方抗震性態(tài)設計規(guī)范所采用。為我國新一代抗震設計譜的構建提供了較全面的參考依據或數(shù)據資料，也為未來新一代抗震設計地震動理論的發(fā)展和應用奠定了基礎。 2100433B

新一代抗震設計譜不是對現(xiàn)有設計譜的補充和改進，而是要發(fā)展一套尊重地震動自身特點和規(guī)律，可以滿足當前和未來一段時間各類工程結構抗震所需，具有兼容性和可接軌性的新設計譜理論體系和確定方法。主要包括三方面研究內容：基于單參數(shù)統(tǒng)一設計譜理論的加速度設計譜、基于雙參數(shù)統(tǒng)一設計譜理論的優(yōu)化三聯(lián)設計譜和位移設計譜。所討論反應譜周期范圍為0.02-15s，阻尼比系數(shù)為1-20%。為此，將發(fā)展一種直接基于反應譜特征要素的地震動分類法，理論探討加速度反應譜、三聯(lián)反應譜、位移反應譜的特征和形狀參數(shù)變化規(guī)律；研究雙規(guī)準化反應譜統(tǒng)計中譜值的分布概率模型，考慮近斷層作用的影響建立各類型設計譜的模型，明確并完善廣義的統(tǒng)一設計譜理論，為長周期加速度設計譜、優(yōu)化的三聯(lián)設計譜和位移設計譜的標定提供理論依據和數(shù)據資料。新一代設計譜將具有鮮明的自主創(chuàng)新特色，體現(xiàn)科學合理性，滿足工程多樣需求性，且方便應用。

對于一些地震記錄，盡管其反應譜特征周期很長，但同上海地震地質背景情況相差較大，像日本新瀉地震和墨西哥城地震也不列入。為了彌補缺少同上海地區(qū)地質條件類似的地震記錄，采用美國西部基巖場地的地震記錄用作輸入，進行土層地震反應分析。在統(tǒng)計反應譜平均值時，在高頻段、中頻段和低頻段分別采用記錄的峰值加速度、峰值速度和峰值位移來標定加速度反應譜，使得在周期0~10秒范圍內譜值變異系數(shù)均勻且最小，解決了長周期部分反應譜用單一參數(shù)標定的離散性。最后綜合大震、遠震記錄的分段統(tǒng)計反應譜和土層地震反應譜的特點，提出了上海地區(qū)的抗震設計反應譜。

1、其特征周期比國家規(guī)范的遠震反應譜特征周期略長（1.0秒）

2、動力放大系數(shù)最大值略大（2.5）

3、反應譜的有效周期從3秒延長到10秒，以適應高層建筑自振周期長的需要，其中在6秒以后取常數(shù)。除了給出阻尼比5%的反應譜外，還給出了阻尼比2%的反應譜曲線，以適應鋼結構設計的需要。后經上海市許多專家討論，為與國家規(guī)范一致起見，正式頒布的規(guī)范中特征周期降為0.9秒，動力放大系數(shù)取與國家規(guī)范一致。如果沒有這一研究成果，按照上海地震背景應是近震，套用國家規(guī)范IV類場地的反應譜，其特征周期應為0.65秒，這將會大大減小上海地區(qū)抗震設防的地震作用計算，會給上海市高層建筑的抗震能力帶來不安全隱患。本成果同時得出上海地區(qū)土層的卓越周期約為2.0秒，這對于高層建筑抗震設計具有參考價值，同時澄清了當時對比認識的許多誤解，這一結果被后來的日本長周期測震儀實測所證實。2100433B