新一代抗震設(shè)計(jì)譜理論體系及其關(guān)鍵問題研究結(jié)題摘要

本項(xiàng)目著重于新一代抗震設(shè)計(jì)譜理論、方法及其應(yīng)用關(guān)鍵問題的研究和探索。國(guó)內(nèi)外首次提出基于雙參數(shù)的雙規(guī)準(zhǔn)化反應(yīng)譜、連續(xù)組合規(guī)準(zhǔn)化反應(yīng)譜、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征要素及其分類、地震動(dòng)特征精細(xì)化分析以及地震動(dòng)多尺度分解等一些概念或方法；詳細(xì)探討了地震動(dòng)的本質(zhì)特征及其區(qū)段統(tǒng)一性，新一代抗震設(shè)計(jì)譜構(gòu)建新方法等地震工程學(xué)難題，進(jìn)一步發(fā)展完善了統(tǒng)一設(shè)計(jì)譜理論；在特殊高幅值地震動(dòng)特征，反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)分析的譜值概率分布，低頻型地震動(dòng)反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段表達(dá)，以及近斷層設(shè)計(jì)譜的概率標(biāo)定，核電廠抗震設(shè)計(jì)譜的優(yōu)化及其構(gòu)建方法等方面取得突破性的認(rèn)識(shí)或進(jìn)展。這些工作均密切結(jié)合我國(guó)當(dāng)前各類工程建設(shè)的抗震安全和抗震設(shè)計(jì)需要，屬原創(chuàng)性研究結(jié)果，已陸續(xù)在EEEV、JEE、BSSA等國(guó)際期刊發(fā)表（錄用或投稿后修改）論文多篇，統(tǒng)一設(shè)計(jì)譜的一些研究結(jié)果已被地方抗震性態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用。為我國(guó)新一代抗震設(shè)計(jì)譜的構(gòu)建提供了較全面的參考依據(jù)或數(shù)據(jù)資料，也為未來新一代抗震設(shè)計(jì)地震動(dòng)理論的發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 2100433B

新一代抗震設(shè)計(jì)譜不是對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)譜的補(bǔ)充和改進(jìn)，而是要發(fā)展一套尊重地震動(dòng)自身特點(diǎn)和規(guī)律，可以滿足當(dāng)前和未來一段時(shí)間各類工程結(jié)構(gòu)抗震所需，具有兼容性和可接軌性的新設(shè)計(jì)譜理論體系和確定方法。主要包括三方面研究?jī)?nèi)容：基于單參數(shù)統(tǒng)一設(shè)計(jì)譜理論的加速度設(shè)計(jì)譜、基于雙參數(shù)統(tǒng)一設(shè)計(jì)譜理論的優(yōu)化三聯(lián)設(shè)計(jì)譜和位移設(shè)計(jì)譜。所討論反應(yīng)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(yīng)譜特征要素的地震動(dòng)分類法，理論探討加速度反應(yīng)譜、三聯(lián)反應(yīng)譜、位移反應(yīng)譜的特征和形狀參數(shù)變化規(guī)律；研究雙規(guī)準(zhǔn)化反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)譜的模型，明確并完善廣義的統(tǒng)一設(shè)計(jì)譜理論，為長(zhǎng)周期加速度設(shè)計(jì)譜、優(yōu)化的三聯(lián)設(shè)計(jì)譜和位移設(shè)計(jì)譜的標(biāo)定提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)資料。新一代設(shè)計(jì)譜將具有鮮明的自主創(chuàng)新特色，體現(xiàn)科學(xué)合理性，滿足工程多樣需求性，且方便應(yīng)用。

對(duì)于一些地震記錄，盡管其反應(yīng)譜特征周期很長(zhǎng)，但同上海地震地質(zhì)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(bǔ)缺少同上海地區(qū)地質(zhì)條件類似的地震記錄，采用美國(guó)西部基巖場(chǎng)地的地震記錄用作輸入，進(jìn)行土層地震反應(yīng)分析。在統(tǒng)計(jì)反應(yīng)譜平均值時(shí)，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(biāo)定加速度反應(yīng)譜，使得在周期0~10秒范圍內(nèi)譜值變異系數(shù)均勻且最小，解決了長(zhǎng)周期部分反應(yīng)譜用單一參數(shù)標(biāo)定的離散性。最后綜合大震、遠(yuǎn)震記錄的分段統(tǒng)計(jì)反應(yīng)譜和土層地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)，提出了上海地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。

1、其特征周期比國(guó)家規(guī)范的遠(yuǎn)震反應(yīng)譜特征周期略長(zhǎng)（1.0秒）

2、動(dòng)力放大系數(shù)最大值略大（2.5）

3、反應(yīng)譜的有效周期從3秒延長(zhǎng)到10秒，以適應(yīng)高層建筑自振周期長(zhǎng)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(yīng)譜外，還給出了阻尼比2%的反應(yīng)譜曲線，以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要。后經(jīng)上海市許多專家討論，為與國(guó)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(dòng)力放大系數(shù)取與國(guó)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(yīng)是近震，套用國(guó)家規(guī)范IV類場(chǎng)地的反應(yīng)譜，其特征周期應(yīng)為0.65秒，這將會(huì)大大減小上海地區(qū)抗震設(shè)防的地震作用計(jì)算，會(huì)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(shí)得出上海地區(qū)土層的卓越周期約為2.0秒，這對(duì)于高層建筑抗震設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值，同時(shí)澄清了當(dāng)時(shí)對(duì)比認(rèn)識(shí)的許多誤解，這一結(jié)果被后來的日本長(zhǎng)周期測(cè)震儀實(shí)測(cè)所證實(shí)。2100433B