地震动方向性与速度脉冲地震动特性对结构反应影响初步研究

Due to the uncertainty of earthquake (source mechanism, the travel path of the seismic wave, site type, etc.) and the uncertainty of strong axis and weak axis direction in the construction of engineering structure, the incidence direction of seismic effect on the structure is uncertain. In this project, the coordinate transformation is carried out for over 100 commonly used seismic records to find out the direction of the peak value of the seismic record and the angle (θtmax or θspmax), and compared with related parameters of the original coordinate (θ0) ground motion. Finite element models are established, with several different the asymmetries and aspect ratios, to study the influence of the direction of ground motion, the structural asymmetry and the structure plane size on the structure response. Convert the coordinates of over 100 recognized impulse ground motions, to find out the direction of the maximum peak value of the ground motion and the angle (θtmax or θspmax), and also generate the velocity time-history by integration. The velocity pulse periods Tp（t）（Tp（sp）） of the above two groups of new velocity time-history are determined by the method of pulse identification. The single particle and multi-particle structural system (K-M system) are established. The ground motions of different site types, different velocity-pulse periods and different ratios of peak velocity to peak acceleration of ground motions (PGV/PGA) are chosen and input on different structural systems. It is to analyze the influence of the above factors of ground motions on the structural systems and to explore the influence and regularity.

由于地震的不确定性（震源机制、地震波传播途径、场地类别等）和工程结构建设时强轴、弱轴方向不确定性等因素，使得地震动方向作用在结构上的入射方向是不确定的。本项目拟对常用100+条常用地震记录进行了坐标变换，找到最大地震动峰值方向及所在角度（θtmax或θspmax），并与原坐标θ0的地震动相关参数进行比较。建立结构有限元模型，对每类结构模型变化其不对称性和长宽比等，研究地震动方向性、结构不对称性及结构平面尺寸对反应的影响及规律；通过对100+条脉冲地震动进行坐标转换，同时最大地震动峰值（反应谱）角度（θtmax或θspmax）地震动积分生成速度，并对上述两组新速度时程采用脉冲识别的方法进行速度脉冲周期Tp（t）（Tp（sp））的识别。建立单质点和多质点体系（K-M体系），通过输入地震动，分析不同场地类型、不同速度脉冲周期以及时程中PGV/PGA比值的变化的等因素对不同结构体系的影响程度及规律

我国是世界上大陆地震威胁最严重的国家之一，在地震预报和预测科技水平还不能满足民众需求的今天，对建筑结构动力响应影响较明显的地震动特性是学者关注的问题，本项目对地震动特性中地震动方向性和近场脉冲特性展开研究工作。由于地震的不确定性（震源机制、地震波传播途径、场地类别等）和工程结构建设时强轴、弱轴方向不确定性等因素，地震动作用在结构上的入射方向是不确定的。近断层地震中存在速度脉冲特性，而这种脉冲特性会对建筑结构动力响应造成较大影响。本项目主要研究内容及结论如下：.1）对常用地震记录进行了坐标变换，找到最大地震动峰值方向及所在角度，并与原坐标θ0的地震动相关参数进行比较。结果表明，通过转动地震动方向，可以确定地震动最大值所在的方向为地震动的时程主方向或反应谱主方向。通过多条地震波统计，建立地震动方向数据库。.2）建立简单框架及实际结构有限元模型，研究地震动方向性、结构形状不对称及结构平面尺寸对动力响应的影响及规律。结果表明，不同方向地震动作用下结构动力响应不同，且地震动方向性影响规律与地震动特征周期有关。 .3）采用EMD识别方法对选取的近场地震的原始地震动方向、时程主方向和反应谱主方向进行脉冲识别，采用峰点法获取速度脉冲周期。结果表明，三个方向近场地震脉冲特性不相同。通过多条地震波统计，建立近场大脉冲地震数据库。.4）建立单质点和多质点体系（K-M体系），通过输入近场大脉冲地震动，分析不同速度脉冲周期和时程中PGV/PGA的变化等因素对不同结构体系的影响程度及规律。结果表明，脉冲地震动对结构动力响应会产生更大的影响，其影响程度与脉冲地震动速度谱值及结构一阶频率（周期）有明显正相关性；同时，研究表明多层结构对于脉冲周期为4.5~6s左右的近场大脉冲地震动也较为敏感。