新一代抗震设计谱理论体系及其关键问题研究

本项目着重于新一代抗震设计谱理论、方法及其应用关键问题的研究和探索。国内外首次提出基于双参数的双规准化反应谱、连续组合规准化反应谱、地震动反应谱特征要素及其分类、地震动特征精细化分析以及地震动多尺度分解等一些概念或方法；详细探讨了地震动的本质特征及其区段统一性，新一代抗震设计谱构建新方法等地震工程学难题，进一步发展完善了统一设计谱理论；在特殊高幅值地震动特征，反应谱统计分析的谱值概率分布，低频型地震动反应谱长周期段表达，以及近断层设计谱的概率标定，核电厂抗震设计谱的优化及其构建方法等方面取得突破性的认识或进展。这些工作均密切结合我国当前各类工程建设的抗震安全和抗震设计需要，属原创性研究结果，已陆续在EEEV、JEE、BSSA等国际期刊发表（录用或投稿后修改）论文多篇，统一设计谱的一些研究结果已被地方抗震性态设计规范所采用。为我国新一代抗震设计谱的构建提供了较全面的参考依据或数据资料，也为未来新一代抗震设计地震动理论的发展和应用奠定了基础。 2100433B

新一代抗震设计谱不是对现有设计谱的补充和改进，而是要发展一套尊重地震动自身特点和规律，可以满足当前和未来一段时间各类工程结构抗震所需，具有兼容性和可接轨性的新设计谱理论体系和确定方法。主要包括三方面研究内容：基于单参数统一设计谱理论的加速度设计谱、基于双参数统一设计谱理论的优化三联设计谱和位移设计谱。所讨论反应谱周期范围为0.02-15s，阻尼比系数为1-20%。为此，将发展一种直接基于反应谱特征要素的地震动分类法，理论探讨加速度反应谱、三联反应谱、位移反应谱的特征和形状参数变化规律；研究双规准化反应谱统计中谱值的分布概率模型，考虑近断层作用的影响建立各类型设计谱的模型，明确并完善广义的统一设计谱理论，为长周期加速度设计谱、优化的三联设计谱和位移设计谱的标定提供理论依据和数据资料。新一代设计谱将具有鲜明的自主创新特色，体现科学合理性，满足工程多样需求性，且方便应用。

对于一些地震记录，尽管其反应谱特征周期很长，但同上海地震地质背景情况相差较大，像日本新泻地震和墨西哥城地震也不列入。为了弥补缺少同上海地区地质条件类似的地震记录，采用美国西部基岩场地的地震记录用作输入，进行土层地震反应分析。在统计反应谱平均值时，在高频段、中频段和低频段分别采用记录的峰值加速度、峰值速度和峰值位移来标定加速度反应谱，使得在周期0~10秒范围内谱值变异系数均匀且最小，解决了长周期部分反应谱用单一参数标定的离散性。最后综合大震、远震记录的分段统计反应谱和土层地震反应谱的特点，提出了上海地区的抗震设计反应谱。

1、其特征周期比国家规范的远震反应谱特征周期略长（1.0秒）

2、动力放大系数最大值略大（2.5）

3、反应谱的有效周期从3秒延长到10秒，以适应高层建筑自振周期长的需要，其中在6秒以后取常数。除了给出阻尼比5%的反应谱外，还给出了阻尼比2%的反应谱曲线，以适应钢结构设计的需要。后经上海市许多专家讨论，为与国家规范一致起见，正式颁布的规范中特征周期降为0.9秒，动力放大系数取与国家规范一致。如果没有这一研究成果，按照上海地震背景应是近震，套用国家规范IV类场地的反应谱，其特征周期应为0.65秒，这将会大大减小上海地区抗震设防的地震作用计算，会给上海市高层建筑的抗震能力带来不安全隐患。本成果同时得出上海地区土层的卓越周期约为2.0秒，这对于高层建筑抗震设计具有参考价值，同时澄清了当时对比认识的许多误解，这一结果被后来的日本长周期测震仪实测所证实。2100433B