加速度反应谱长周期段下降规律研究

加速度反应谱长周期段下降规律研究

韩小雷;尤涛;季静

【摘要】Deficiencies existing in China code of buildings aseismic design for long-period range of an acceleration response spectrum were analyzed.According to the definition of site classification and the seismic ground motion feature period Ts in the seismic ground motion parameters zonation map of China,7 274 ground motion records selected from 1 146 real strong earthquake events with the rank 5.0 were divided into groups.Based on the random vibration theory,the statistical energy density distribution and acceleration response spectrum were obtained with the conversion relation among seismic ground motion's Fourier amplitude spectrum,power spectrum and designed response spectrum.The attenuation laws of energy density distribution and acceleration response spectrum were studied.Through regression analysis,the reasonable descending form and slope value in long-period range of the designed response spectrum were deduced under different site conditions.The results provided a reference for the code modification.%针对我国现行《建筑抗震设计规范》中加速度反应谱长周期段尚存在的不足之处进行了探讨.按《中国地震动参数区划图》关于场地分类和地震动特征周期Tg的定义,从1 146次震级大于5级的真实强震中筛选出7 274条地震记录并进行分组.基于随机振动理论,由地震动Fourier幅值谱、功率谱和设计反应谱的转换关系得到统计意义上的能量密度分布和加速度反应谱,研究了地震动在长周期段的能量密度分布和加速度反应谱

衰减规律.通过回归分析,对不同场地条件给出了设计反应谱长周期段合理的下降形式和斜率取值(周期延长至10 s),为规范修订提供参考.

【期刊名称】《振动与冲击》

【年(卷),期】2018(037)009

【总页数】7页(P86-91,105)

【关键词】反应谱;长周期;随机振动;设计反应谱

【作者】韩小雷;尤涛;季静

【作者单位】华南理工大学高层建筑结构研究所,广州510640;华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广州510640;华南理工大学高层建筑结构研究所,广州510640;华南理工大学高层建筑结构研究所,广州510640;华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广州510640

【正文语种】中文

【中图分类】TU972.4

各国现行抗震设计规范都是基于承载力-延性反应谱法来保证结构的承载力和变形能力，其中，通过给出标准化的加速度反应谱对结构进行承载力设计，通过构造措施来保证结构的延性。因此，随着越来越多长周期结构的出现，对结构抗震承载力起控制作用的加速度反应谱长周期段如何取值就变得格外重要。

有关长周期结构的定义，文献[1]指出，实际强震记录统计结果表明加速度反应谱在周期(T>5Tg)时由位移控制，Tg为建筑物所在场地的特征周期，同时5Tg也是反应谱下降段的分界点，因此本文定义周期大于5Tg为反应谱长周期段。美国

ASCE 7—2010[2]给出的设计反应谱下降段分为两段，[Ts,TL]按T-1下降，TL以

后按T-2下降，其中，Ts为反应谱平台段末端周期，TL为过渡周期。文献[3]的设计反应谱下降段同样分为两段，第一段按T-1下降，第二段按T-2下降，同时给

出了反应谱下降段的下限值βαg，其中β为下限系数，αg为设计地震加速度。我国《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010[4](以下简称《抗规》)给出的加速度反应谱在[Tg,5Tg]按T-1下降，[5Tg,6 s]按直线下降，6 s以后则未给出。关于反应谱长周期段曲线的下降形式、如何取值等问题，已有一些学者给出了自己的取值建议[5-9]，而从功率谱模型和大量强震记录出发，对设计反应谱在长周期段下降规

律的研究却较少。

本文针对我国《抗规》中反应谱曲线长周期段存在的问题进行了探讨。基于随机振动理论，通过非平稳地震过程的功率谱密度与设计反应谱之间的转换关系，研究了地震动加速度反应谱在长周期段真实的衰减规律。

1 《抗规》反应谱长周期段存在的不足

我国《抗规》给出的加速度反应谱在周期大于5Tg时按直线下降，下降斜率为

η1=0.02，欧美规范对反应谱的位移控制段则是按二次曲线的规律下降，可见《抗规》实际上提高了地震作用。这样调整的原因一是由于我国缺乏真实有效的长周期地震记录，按已有的地震记录构建的设计反应谱长周期成分缺失严重，谱值偏小。二是出于结构抗震安全的考虑，避免加速度反应谱在长周期段下降过大，从而导致长周期结构的地震反应太小，对结构的抗震设计不起控制作用，同时通过最小剪力系数保证结构承担的最低限度地震作用。

人为调整过的反应谱长周期段会存在两个问题：第一，不同阻尼比对应的设计反应谱在长周期段若按直线下降， 6 s后会重新出现“分叉”现象，如图1所示，即阻尼比越大，对应的加速度反应谱在长周期段衰减速率越小，这显然有悖于客观规律。第二，《抗规》加速度反应谱对应的功率谱密度函数在长周期段存在随周期增大而