近断层地震动的频谱特性和能量谱分析

【摘要】： 当前在地震工程界,近断层地震动的工程特性和结构效应成为新的研究热点和研究重点,它对推动形成新的学科生长点、发展工程抗震减灾技术具有重要的理论意义和应用价值。本文将来自中国台湾集集地震和美国北岭地震的150条近断层地震动记录作为对象,进行近断层地震动频谱特性和能量谱分析。 首先,本文对台湾集集地震和美国北岭地震近断层地震动记录按照有无速度脉冲的运动特征分组,重点分析了近断层地震动的频谱特性。进行了Hilbert-Huang变换分析,得到表征地震动频谱特征的7个平滑周期参数和3个卓越周期参数,并分析了10个周期参数的平均值、变异系数以及它们之间的相关性,其中包括新引入的两个参数,即：Hilbert边际谱平均周期(Tmh)和Hilbert谱卓越瞬时频率变异系数(Hcov)。计算结果表明：Hilbert边际谱平均周期(Tmh),改进的特征周期(Tg)和平均谱周期(Tavg)能够表征近断层地震动的长周期成份,Fourier幅值谱平均周期(Tm)和平滑化反应谱卓越周期(To)能够分别表征地震动的中等周期和短周期成份。建议将Hilbert边际谱平均周期(Tmh)作为表征近断层地震动非平稳程度的参数。此外,速度脉冲和震源机制显著影响近断层地震动的频谱性质。 其次,进一步考察了近断层地震动的运动特征,即向前方向性效应、滑冲效应和上盘效应,对地震动频谱特性和非平稳性质的影响。分析表明：下盘场地地震动的周期参数和Hilbert谱卓越瞬时频率变异系数都大于上盘场地的相应值,说明下盘场地的地震动长周期分量较丰富。断层法向分量地震动的主要周期参数接近断层平行分量地震动的相应值,而且断层法向分量地震动的Hilbert谱卓越瞬时频率变异系数Hcov小于平行分量地震动的相应值,即法向分量地震动的非平稳程度较小。 最后,分析了结构参数和近断层地震动的速度脉冲对弹塑性单自由度(SDOF)系统输入能量谱以及滞回耗能谱的影响。结果表明：阻尼比、延性系数、结构自振周期以及地震动速度脉冲是影响弹塑性SDOF系统能量谱的重要因素,而结构屈服刚度系数对滞回耗能的影响则可以忽略；地震动的频谱特性和震源机制是影响能量谱形状的关键因素。