地震波歸一化時-頻反應(yīng)譜分析方法

邱志剛 羅奇峰

1）同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海 200092

2）同濟(jì)大學(xué)上海防災(zāi)救災(zāi)研究所，上海 200092

反應(yīng)譜理論是抗震設(shè)計(jì)的重要理論之一，但因其包含諸多基本假定，在應(yīng)用上存在一定局限性，主要表現(xiàn)在：①反應(yīng)譜理論只能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的最大彈性地震反應(yīng)，不能反映結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震反應(yīng)中可能出現(xiàn)的非彈性特性；②反應(yīng)譜無法反映結(jié)構(gòu)低周疲勞特性的影響，不能反映結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震動作用過程中結(jié)構(gòu)性能隨時時的變化，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的倒塌分析；③計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明，反應(yīng)譜的計(jì)算主要決定于地震動加速度記錄中最強(qiáng)烈的一段；反應(yīng)譜理論沒有考慮地震動持時特性，而持時對結(jié)構(gòu)造成的累積破壞作用不容忽視。時-頻反應(yīng)譜，是地震動三要素——振幅、頻譜和持時三者構(gòu)成的空時三維譜，它同時反映一組不同周期的單自由度的地震反應(yīng)隨地震動持續(xù)時時的變化。本文認(rèn)為，由于不同地震波時-頻反應(yīng)峰值不同，坐標(biāo)軸比例差異較大，為了讓結(jié)果具有可比性，建議采用歸一化處理方法。具體的歸一法方法是：對不同地震波的時-頻反應(yīng)譜，除以其最大反應(yīng)值，所得結(jié)果稱為歸一化時-頻反應(yīng)譜，將這一計(jì)算稱為時-頻反應(yīng)譜的歸一化。圖1為Taft波SN向加速度時程的歸一化時-頻反應(yīng)譜及相應(yīng)等高擬。

通過對比分析3條典型地震記錄的歸一化時-頻反應(yīng)譜，初步推斷了不同地震波可能對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)產(chǎn)生不同影響。分析表明，通過對比可知，不同地震記錄歸一化時-頻反應(yīng)譜峰值分布在時域和頻域差別很大；通過分析歸一化時-頻反應(yīng)譜，也可初步推斷不同地震波可能對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)產(chǎn)生的不同影響。因此，對不同的結(jié)構(gòu)應(yīng)選取“適擬”該結(jié)構(gòu)的地震動時程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，否則結(jié)果將不太可靠。分析還表明，歸一化時-頻反應(yīng)譜更有利于用來分析結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，具有研究的理論意義與應(yīng)用價(jià)值，但本文只做簡單介紹，還需通過具體算例進(jìn)行研究。

圖1 Taft SN歸一化時-頻反應(yīng)譜