地震动能量衰减规律的研究

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1、中国地震局工程力学研究所硕士学位论文地震动能量衰减规律的研究姓名：公茂盛申请学位级别：硕士专业：土木工程·防灾减灾工程及防护工程指导教师：谢礼立2002.8.1摘要结构在强烈地震作用下，一般会进入非线性工作状态。事实上，震害调查结果表明，结构物在强烈地震作用下，确实曾进入非线性工作状态，具体表现有：裂缝或其它形式的非弹性变形发生、经历地震后有永久变形存在等等。结构一旦进入非线性阶段，其地震总输入能主要由结构的非弹性变形和阻尼来耗散。因此，从物理意义上来讲，能量才是对结构物进行非弹性设计或对结构物进行地震破坏评

2、估的最合理参数。目前，基于能量的性态设计方法及理论也是地震工程中一个热门的研究课题。本文的主要工作就是利用所掌握的地震动记录，采用两步回归法对地震动的各种能量参数进行回归分析，找出地震动的能量参数随震级、距离等参数的衰减关系，为基于能量的方法能够应用到抗震设计及震害评估等实际工程中奠定基础。本文所做的主要工作摘要如下：1．建立了一个强震记录数据库。作为地震工程研究的重要基础性资料，强震记录的重要性不言而喻。尽管目前世界范围内取得了大量强震记录，但是这些记录具有格式形式不统一、参数不完备等缺点。对大部分地震记录

3、来说，尤其缺少便于统计应用的矩震级及断层距等实用数据。因此，本文处理了美国西部California州共15次地震中的强震记录，将所有记录的格式做了统一化处理，特别是补充、增加了供统计应用的矩震级和断层距等信息。2．介绍了能量反应谱的概念及算法。结构地震反应的能量分析方法是一种能够较好的反映结构在强地震动作用下非线性性质以及地震动三要素(幅值、频谱特性和持时)对结构抗震性能影响的方法。目前常用的反应谱，无论是弹性或非弹性的，一个最大的缺憾是它们都没有充分考虑输入地震动持时的影响，但在能量谱中由于要反映随着持时增

4、长引起的能量变化，因而持时影响得到了充分的考虑，这是能量谱的一个十分重要的特点。本文对能量反应谱的概念、计算方法、性质特点做了详细的总结及论述，并比较了几种能量反应谱的联系和差别。3．论述了两步回归统计拟合方法。强震记录的震级和距离是具有相关性的，通常距离大的强震记录往往对应大的震级，这一点早被众多的研究者所认同。这种相关性是固有的，也是不可避免的。本文中所采用的矩震级和断层距就具有这种相关性。因此，在回归分析时，必须考虑这种震级和距离耦合作用可能会带来大的误差。为了将震级和距离的这种相关性解耦，避免其给回归

5、结果带来一定的不合理性，Joyner和BOOle在1981年提出了两步回归法，即将震级和距离分两步统计。其后众多的研究者在对地震动参数进行统计分析时，几乎都是采用两步回归法。事实证明，两步回归法的确能够将震级距离解耦，可以减小这种相关性带来的误差。本文对两步回魍法做了详细的论述，尤其对第二步回归分析时的加权矩阵做了细致静分耩，并编审《了计算程序。4．地震动能量衰减舰律的统计分析。本文避所逸熬强震记录按场避条终分为了三类，对每一条强震记录(本文中一条记录包禽两个水平分量一个竖向分量)的两个水平分量分别计算了其“

6、绝对”输入能量谱、“相对”输入能擞谱、吸收能量谱和滞回能量谱等四种女§量反应谱<敬等效速溲谱)。对每一祭记录，毅了薅个分量骚诗算懿熊量诺的几何平均值，选择了衰减模型，利用黼步回归法，对这些能量等效速度谱做了统计拟合分据，提出了地震动四种能蕊反应谱睫震级、距离等参数的衰减规律。详细分析了场连条件、震缀、延谶系数和躐离等参数对地震渤能量衰减的影响。并与其它已有的研究结果做了对比，验证了本文所计算能量反应谱及统诗掇合使雳程黪毂正确缝，曩对也验证了本文缝塞麴歪确牲。莠显缮密了一些比较重要的结论。关键谣：逸震凌；两步醋

7、

8、蜀法；能量反应谱；衰减烧律；瓣权矩阵。AbstractThestructuresaregenerNlyputintunon—linearstateunderthestronggroundmotion．Infact，theinvestigationofearthquakedisastershowsthatitistrue．First．thereareinelasticdeforrnationsofstructuresafterintensiveearthquake．Second，therearepermane

9、ntdeformationsofstructuresafterintensiveearthquake．Oncethestructuresstepintoinelasticworkstate，theearthquakeinputenergyiSdissipatedbythedampandinelasticdistortion．Hence．theenergyisthebestparameterwhena