近断层地震动的持时效应和强度参数研究

近断层地震动的强烈破坏作用引发了地震工程学界的密切关注。考虑地震事件的不同震源机制，并针对近断层脉冲型地震动的持时作用和强破坏性特点，深入研究其影响高层建筑结构损伤破坏的持时效应和强度参数。分别从一般的层次和具体的层次，研究近断层地震动持时对不同周期的建筑结构损伤破坏的影响，考察结构滞回耗能和低周疲劳累积损伤的持时效应，并建立相应的非弹性设计谱；针对脉冲型近断层地震动和长周期高层建筑结构(含基础隔震和被动消能结构)，提出与结构动力特性有关的基于非弹性反应谱的地震动强度参数，分析确定最佳的强度参数；高效地实现高层建筑结构的概率抗震需求分析和地震易损性分析，获得结构对于各种破坏状态的条件概率及倒塌概率。本项目属于重大工程结构抗震防灾和基于性能的地震工程的共性基础课题中的核心科学问题，有助于形成强震区结构抗震理论的比较完善、深刻的系统框架，对于建筑结构抗震设计和规范修订具有重要的工程应用价值。

地震动持时是地震动特性三要素(振幅、频谱和持时)之一，与结构破坏具有密切的联系，也是地震动强度参数研究必须考虑的一个重要因素。近断层地震动的持时效应和强度参数分析是结构抗震概率分析和基于性能的抗震设计的关键环节和核心内容。项目研究了近断层地震动的持时定义和持时效应，提出了基于地震动速度时程的几个持时参数和与结构动力特性(自振周期)有关的地震动强度参数，建立了考虑持时效应的近断层地震动能量谱。针对近断层地震动长周期、大脉冲特性，提出了2个地震动频谱参数：Hilbert边际谱平均周期Tmh，和Hilbert谱卓越瞬时频率变异系数Hcov。从脉冲型地震动的不同特征和层间位移谱分析出发，阐明了高层建筑结构抗震需求的变形分布特征和机理。滑冲效应脉冲主要激起抗弯框架体系的基本振型响应，导致结构的最大层间变形发生在较低楼层；破裂向前方向性脉冲能够激起框架结构高阶振型的响应。提出了一种基于能量平衡概念考虑结构的高阶模态效应评估高层建筑抗震性能的方法, 该方法具有计算效率高，概念清楚的优点。揭示了结构可靠度分析FORM算法和凸近似规划优化算法的数值不稳定机理，提出了迭代计算收敛控制的稳定转换法，具有推广应用到结构动力学、流体动力学、波动力学等递归和迭代算法收敛控制的前景。而且，对近断层地震动作用下高层建筑的概率抗震需求分析和地震易损性分析进行了深入研究。