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1、工程结构的地震动输入问题,1 抗震结构的地震动输入2 地震动的工程特性及其描述3 对现行抗震设计地震动输入的审视4 地震动工程特性的定量描述与设计地震动参数5 地震动随机模型6 输入地震波,抗震分析必须以合理的地震动输入为前提抗震设计最大的不确定性来自地震动输入抗震设计理论的发展很大程度上取决于地震动输入现状工程应用：地震动输入成为一大难题理论研究：有必要认真审视地震动输入,1 抗震结构的地震动输入,back,结构地震反应分析方法与地震动输入,确定性地震响应分析基本方法略表,结构地震反应分析方法与地震动输入,随机性地震响应分析基本方法略表,结构抗震设计的不确定性,结构抗震设计的不确定性地震动输
2、入的不确定性结构力学性能及几何性质的不确定性结构数学计算模型的不确定性动力响应分析中算法的不确定性基于某些响应参数进行结构可靠性评判的不确定性 认识输入的不确定性是支配结构地震响应不确定性的最重要因素结构材料的力学性能以及几何性质本身具有一定的可变性，这种固有的不确定性是无法降低的结构模型化（包括结构动力分析模型和结构恢复力模型的确定）是必需的，与此有关的不确定性可以通过模型和算法的改进予以降低迄今为止的各种破坏指标与准则几乎都是在特定加载制度下某种结构或子结构试验的基础上提出的，还没有一种被广泛接受，当推广应用到其它的加载形式和不同的结构类型时具有不确定性。尽管地震动输入所包含的与震源和传播
3、介质的随机性等有关的固有不确定性不能降低且必须接受，但与地震动模型化及参数的非完备知识等有关的系统不确定性将随着强震观测数据的日益积累以及地震预测技术的提高而逐渐降低,back,抗震结构的地震动输入问题,地震动的工程特性,设计地震动参数,随机模型,工程特性的定量描述,地震动模型化,地震动记录,地震动模拟仿真,时程,2 地震动的工程特性,传统三要素,幅值特性,频谱特性,持时特性,反应谱,空间相关性,功率谱,峰值,有效峰值,强震持时,多维分量间,不同地点间,不同位置,不同深度,水平与水平,竖向与水平,评 述,back,常见的地震动幅值定义,back,频谱特性,三种谱表述方法简要评价,back,三种
4、谱表述方法,傅立叶谱功率谱反应谱,back,傅立叶谱,Wi,Ai,Wi,Qi,傅立叶变换,back,反应谱,单自由度弹性体系的地震反应反应谱的定义反应谱的性质反应谱的种类反应谱的影响因素及规律,back,单自由度弹性体系的地震反应,单自由度弹性体系运动微分方程受力分析恢复力虎克定律阻尼力瑞雷阻尼惯性力牛顿第二定律方程建立达朗贝尔原理m(x+xg)+cx+kx=0mx+cx+kx=-mxgx+2ewx+w2x=-xg运动微分方程的解答,mk c,back,运动微分方程的解答,通解（自由振动）特解（强迫振动）Duhamel 积分全解=通解+特解 特解最大反应及简化三点近似,back,Prob?,特
5、解（强迫振动）,输入过程的离散化微脉冲-xg(T)dTdx(t)=e-ew(t-T)A0coswd(t-T)+B0sinwd(t-T)冲量作用前后位移为0：A0=x(T)=0动量定律：x(T)=-xg(T)dTB0=x(T)+ewx(T)/wd=-xg(T)dT/wd解答dx(t)=-xg(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)/wddTx(t)=-1/wdJ0-txg(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)dT,back,dT,T,反应谱的定义,单自由度弹性体系在给定地震作用下某种反应量的最大值与体系自振周期之间的关系曲线,Sa(,T1)Sv(,T1)Sd(,T1),xg(t),Du
6、hamel 积分,s(t)=f(xg,T1),Max,T1,Ti,Sa(,Ti)Sv(,Ti)Sd(,Ti),Duhamel 积分,s(t)=f(xg,Ti),Max,T,Sy,T1,Ti,back,反应谱的性质,结构反应特点低频（长周期）系统(=10Hz)SaPGA反应谱性质反应谱由中频段的放大区和两端的极限区三部分构成伪谱的性质Sa=Sv=2Sd,T,高频,中频,低频,动力放大系数a=Sa/PGAv=Sv/PGV d=Sd/PGD,back,What should be the DRS?,反应谱的种类,真谱和伪谱弹性谱和弹塑性谱弹塑性谱的种类延性谱、位移比谱、能量谱、倒塌谱、阻尼耗能谱、累
7、积损伤谱弹塑性谱的应用归一化反应谱放大系数谱平均反应谱与设计反应谱设计反应谱的标定其他对结构动力行为和反应物理量的延伸基底剪力系数谱、最大反应时刻谱着眼于设计反应谱的估计与标定三参数标定设计反应谱标准反应谱一致危险性反应谱,back,反应谱的影响因素及规律,地震动方面震级震级越大，长周期成分越丰富，反应谱峰点周期越后移震中距震级越大，长周期成分越丰富，反应谱峰点周期越后移场地场地越软，峰值越大，反应谱峰点周期越后移结构方面阻尼比阻尼比越大，反应越小，曲线越平滑结构周期三段特性,back,持时特性,一般特征多种定义简要评价,back,持时的多种定义,记录持时由加速度绝对幅值控制的括号持时（Bra
8、cketed Duration）由加速度相对幅值控制的分数持时（Fractional Duration）由地震动相对能量控制的相对持时等效平稳持时 累积均方根持时能量矩持时由地震动绝对能量和相对能量综合控制的持时工程持时反应持时（Response Duration）反应谱值超过某给定值的累积时间和屈服工程持时,back,对地震动工程特性的评述,指标问题工程应用：重要性；简单性；统计性；客观性仿真分析：全面性；统计性；客观性主要结论传统三要素并非总是足够频率非平稳问题瞬时共振现象基于传统三要素的人造波不十分“象”实际记录控制地面运动特征并非一成不变线性结构幅值和频谱；非线性结构地震动细节空间扩展
9、系统地震动空间相关性（多维/多点输入）试图用简单的一两个参数描述地震动是注定要失败的幅值：哪一种幅值都不足以估计地震动的破坏哪一种单一的地震动参数都不足以估计地震动的破坏势必须注意到工程应用的需要,back,3 对现行抗震设计地震动输入的审视,设计地震动参数PGA和反应谱：对传统特性反映不充分大小震反应谱关系多维输入传统特性是否足够同一结构在相同集系人造波的反应差别太大输入地震波规范笼统：无视地震环境，均选用少数著名记录,back,4 地震动工程特性的定量描述与设计地震动参数,强度特性强度包线函数曲线模型曲线估计能量逼近统计特征衰减规律频率特性反应谱长周期特性反应谱的阻尼比修正频率非平稳特性多
10、维相关性,back,强度包线函数,back,并非简单意义的峰值包络函数，而更应理解为地震波的标准差函数,强度包线函数模型,back,曲线估计能量逼近,back,衰减规律持时（T90、T70）,Next,衰减规律TS、c,back,频率特性,反应谱长周期阻尼比修正大小震反应谱频率非平稳客观实在及显著性描述方法统计规律,back,长周期反应谱特性,理论T，Sd=PGD(Sa=2Sd)SaT-2统计特征,back,大小震反应谱理论推导,Next,大小震反应谱基于地震危险性分析结果的近似估算,结 论度区不考虑调整；和度区类场地取1.2Tg小，其它场地取1.1Tg小。简单地：和度区取为Tg大=Tg小+0
11、.05,Next,大小震反应谱带来的问题,选波，弹性时程分析,选波，弹塑性时程分析,与其他方法对比,？,地震波不同？,back,频率非平稳客观实在及显著性,分析用的地震波分组及其累积穿零次数,back,频率非平稳统计特性,back,相关特性,峰值双向水平水平与竖向强度非平稳特性模型参数频率非平稳特性三维相关设计反应谱,back,峰值相关性双向水平,back,峰值相关性水平与竖向,back,三维相关设计反应谱,back,5 地震动随机模型,随机过程平稳模型非平稳模型强度非平稳强度和频率非平稳ARMA模型差分模型合理的平稳频域模型类型：一次滤波；多重滤波条件能量有限高频条件零频含量消除低频条件,back,随机过程,back,地震动功率谱,线性系统频率响应函数的一般表达式地震动功率谱模型的若干形式一次滤波形式的功率谱模型多重滤波形式的功率谱模型串联并联,back,6 输入地震波,地震波来源实际地震波记录数据库真实、有限、不均人造地震波无限、代表性、统计性选波问题控制指标统计意义相符双频段选波样本容量“3+1”“2+1”,back,Thank you for your attention.,
