田英俠, 胡高興, 李志軍， 王亞楠

(西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

地震動特性對隔震結(jié)構(gòu)彈塑性位移反應(yīng)譜的影響研究①

田英俠, 胡高興, 李志軍， 王亞楠

(西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

摘要：根據(jù)特定震源機(jī)制、震級、斷層距和場地條件選取69條地震動記錄并進(jìn)行分組，利用Nspectra軟件計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)的彈塑性位移反應(yīng)譜，分析斷層距、場地條件、震級、阻尼比對彈塑性位移譜的影響，探討隔震層的力學(xué)參數(shù)對地震能量耗散的影響。研究結(jié)果表明：相較于遠(yuǎn)場，處于近場的隔震結(jié)構(gòu)最為不利，隔震層位移譜值受場地條件、地震加速度和速度大小影響較大；隨著斷層距的增大，位移譜值衰減較快，且在軟土場地中隔震層的位移譜值衰減幅度大于硬土場地；地震震級大小對位移譜形狀的影響不明顯，但能夠使隔震層的位移譜值產(chǎn)生整體縮放效應(yīng)；阻尼比在小于0.4的范圍內(nèi)，隔震層在不同地震動特性作用下位移譜值差別較大，但在大于0.4以后，位移譜值及譜形基本趨于一致；屈服力較小(恢復(fù)力/重力小于等于1)的隔震層隨自振周期增大其耗能性能更加突出。

關(guān)鍵詞：隔震結(jié)構(gòu)； 彈塑性位移反應(yīng)譜； 地震動； 場地類別

0引言

反應(yīng)譜的概念自20世紀(jì)40年代由美國學(xué)者提出以來，經(jīng)過不斷發(fā)展現(xiàn)已成為一種主要的結(jié)構(gòu)抗震分析方法，并被各國抗震規(guī)范廣泛采用。反應(yīng)譜理論考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性和質(zhì)點(diǎn)的地震反應(yīng)加速度相對于地面運(yùn)動加速度的放大作用，因而能夠較為真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)受到的地震作用。但實(shí)際上很多結(jié)構(gòu)在遭受較強(qiáng)地震動作用時(shí)可能進(jìn)入塑性階段，傳統(tǒng)的反應(yīng)譜理論是以結(jié)構(gòu)反應(yīng)處于線彈性范圍為前提的，難以對彈塑性結(jié)構(gòu)的真實(shí)地震響應(yīng)做出準(zhǔn)確的預(yù)測。上世紀(jì)六七十年代，Newmark-Hall[1-2]最早對彈塑性反應(yīng)譜進(jìn)行了研究，并基于等能量和等位移的準(zhǔn)則提出了折減系數(shù)法。此后包括我國在內(nèi)的一些研究者對彈塑性反應(yīng)譜也進(jìn)行了深入研究，如呂西林等[3]研究了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、周期、場地類別對延性需求的影響，在建立恢復(fù)力特性采用黏滯阻尼滯回理論的結(jié)構(gòu)分析模型的基礎(chǔ)上研究了滯回模型參數(shù)對延性需求的影響，在基于強(qiáng)度折減系數(shù)法理論的基礎(chǔ)上推算出了彈塑性位移反應(yīng)譜公式；王東升等[4-5]研究了等強(qiáng)度的延性需求譜和強(qiáng)度折減系數(shù)譜的長周期特性，重點(diǎn)關(guān)注了等位移準(zhǔn)則和場地條件的影響,并利用等延性強(qiáng)度折減系數(shù)譜間接建立的彈塑性位移譜和統(tǒng)計(jì)平均的彈塑性位移譜的偏差，建議了與彈性設(shè)計(jì)位移譜統(tǒng)計(jì)意義一致的彈塑性設(shè)計(jì)位移譜；楊偉等[6]研究了基于損傷性能的彈塑性反應(yīng)譜(損傷譜)的分析方法；王豐等[7-8]研究了雙向地震作用下系統(tǒng)的彈塑性反應(yīng)譜模型，并建立了雙向地震激勵(lì)下系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化彈塑性位移反應(yīng)譜和基于統(tǒng)計(jì)的強(qiáng)度折減系數(shù)設(shè)計(jì)譜；刑朋濤等[9]提出了基于FEMA440 (2005)計(jì)算等效剛度和等效阻尼比的等效線性化方法；孫國華等[10]通過建立地震動總能量輸入及滯回耗能的等效速度譜，提出了根據(jù)能量譜估算多自由度體系的能量的計(jì)算方法；何文福等[11-13]建立了關(guān)于等效阻尼比的隔震結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)譜，基于我國規(guī)范反應(yīng)譜提出了隔震結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)譜公式，并研究了隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜的取值，提出了隔震結(jié)構(gòu)長周期段反應(yīng)譜的修正公式；黃海榮等[14]基于時(shí)程分析和現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的前提，提出了鉛芯隔震支座基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜計(jì)算公式；杜永峰等[15]針對近斷層地震動具有破壞力較大的特點(diǎn)，研究了近斷層脈動沖型地震動的速度反應(yīng)譜特征，并建立了設(shè)計(jì)速度反應(yīng)譜。

上述文獻(xiàn)針對結(jié)構(gòu)的各類彈塑性反應(yīng)譜進(jìn)行了廣泛研究，但關(guān)于隔震結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)譜影響因素的研究較少。結(jié)構(gòu)在較大的地震、風(fēng)荷載等作用下可能發(fā)生非線性變形或處于非彈性狀態(tài)，表現(xiàn)出滯回特性及剛度強(qiáng)度退化現(xiàn)象，采用符合實(shí)際的恢復(fù)力模型對于準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)的非彈性響應(yīng)有重要影響，尤其是對于隔震結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)隔震層抗側(cè)剛度較弱，在地震動作用下會產(chǎn)生較大位移，為保證結(jié)構(gòu)安全須將隔震層的最大位移控制在合理范圍內(nèi)，有必要對隔震層位移的影響因素進(jìn)行研究，以便準(zhǔn)確預(yù)測隔震層位移,為隔震結(jié)構(gòu)在初步設(shè)計(jì)時(shí)的位移估算提供依據(jù)。本文根據(jù)我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范選取69條地震動記錄數(shù)據(jù)，按照震級、震中距和場地條件分為9組，采用一種由理想彈塑性滯回模型、滑鎖模型、非線性彈性模型和裂縫彈簧模型組合成的新型恢復(fù)力模型，計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)周期0.1～20s、阻尼比0.05～0.4的位移反應(yīng)譜，探討震級、斷層距和場地類別對隔震結(jié)構(gòu)彈塑性位移譜值和譜形的影響及結(jié)構(gòu)恢復(fù)力參數(shù)對地震耗能的影響。

1地震動記錄的選取

采用太平洋地震工程研究中心(PEER)強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫的地震記錄數(shù)據(jù)，且統(tǒng)一選擇震源機(jī)制為走滑斷層(盡可能消除由震源機(jī)制差異的影響)。所選擇地震波記錄按照以下條件要求：(1)地震震級在6級以上，同一組各震級差不超過一級；(2)震源距和斷層距分別在0～20，40～80和120～300km間，即處于近場、中遠(yuǎn)場和遠(yuǎn)場范圍內(nèi)；(3)選取場地類別為中硬土和中軟土，對應(yīng)的平均剪切波速(PEER地震記錄通過覆土厚度超過30m時(shí)的平均剪切波速來確定)為280～500m/s和160～190m/s，分別與中國抗震規(guī)范中規(guī)定的Ⅱ類和Ⅲ類場地相對應(yīng)。根據(jù)以上原則選取的地震動記錄相關(guān)信息詳見表1。

表 1　地震動記錄數(shù)據(jù)信息

2計(jì)算模型及隔震層恢復(fù)力模型參數(shù)取值分析

2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

單自由度體系隔震結(jié)構(gòu)在地震作用下的運(yùn)動方程為：

(1)

(2)

式中:ζ為體系的阻尼比；ω為體系無阻尼自振圓頻率。

2.2隔震層恢復(fù)力模型

f(x)是由Ray等[16]提出的恢復(fù)力模型，其形式如圖1所示。該恢復(fù)力模型基于理想彈塑性滯回模型、滑鎖模型、非線性彈性模型和裂縫彈簧模型組合而成，是對Bouc-Wen模型的擴(kuò)展，不僅考慮了結(jié)構(gòu)屈服后剛度的強(qiáng)化退化及滯回曲線的捏縮效應(yīng)，還考慮了結(jié)構(gòu)開裂、閉合對響應(yīng)或滯回性能的影響。

圖1　隔震層恢復(fù)力模型Fig.1　Restoring force model of the base-isolated layer

現(xiàn)以結(jié)構(gòu)在較為常用的ElCentro波作用下指定不同的滯回參數(shù)求得其滯回曲線并進(jìn)行比較，分析滯回參數(shù)值對隔震結(jié)構(gòu)耗能性能的影響。根據(jù)圖2結(jié)果可知，當(dāng)結(jié)構(gòu)的PHIUP(拉力對應(yīng)的位移延性系數(shù))與PHIUN(壓力對應(yīng)的位移延性系數(shù))值一定時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)Fyt、Fyc(拉、壓恢復(fù)力/結(jié)構(gòu)重力)值的不斷增大(由0.1到0.9)，結(jié)構(gòu)抗震特性變化過程由處于滯回耗能充分狀態(tài)到具有較大變形，且滯回曲線帶有一定捏縮現(xiàn)象，再到結(jié)構(gòu)變形出現(xiàn)明顯的滑移現(xiàn)象，其抗震能力逐步減弱;當(dāng)Fyt、Fyc值一定時(shí)，結(jié)構(gòu)隨PHIUP與PHIUN值的逐步增大表現(xiàn)出較大的彈塑性滑移能力；ETA(卸荷參數(shù))在局部范圍內(nèi)對結(jié)構(gòu)的彈塑性破壞具有一定影響。

3彈塑性位移反應(yīng)譜結(jié)果

(1) 場地條件和斷層距對彈塑性位移譜的影響

對于長周期結(jié)構(gòu)來說，加速度反應(yīng)一般較小，衰減速率也較快，不是影響隔震層響應(yīng)的主要因素，相反，由于結(jié)構(gòu)隔震層的剛度相對于上部結(jié)構(gòu)較弱，在地震作用下隔震層處會產(chǎn)生較大的相對位移。圖 3 給出了隔震層在T1、T2、T3、T6、T7及T8組地震作用下的平均相對位移反應(yīng)譜。T1、T2、T3和T6、T7、T8兩組地震集隨斷層距不斷增大，其相應(yīng)的相對位移譜值也隨之明顯減小，且軟土場地在長周期段隨斷層距增大位移譜值減小的幅度遠(yuǎn)大于硬土場地。軟土場地中T6、T7、T8組位移譜值分別在超過0.775s、3s和4.1s[圖3(a)中三個(gè)交點(diǎn)]后大于T1、T2、T3，其對應(yīng)的峰值分別放大了5.27倍、3.1倍和1.16倍，反映出軟土場地具有使位移反應(yīng)譜值增大和位移峰值對應(yīng)周期延長的放大效應(yīng)。且通過觀察圖3(b)、(c)發(fā)現(xiàn)，T7、T8在全周期范圍內(nèi)速度和加速度均小于T2、T3，說明速度和加速度并不是影響位移譜值的主要因素，而場地條件對位移譜值有很大影響，斷層距是影響軟土場地放大效應(yīng)的主要因素。尤其在近場，軟土場地的放大效應(yīng)最為強(qiáng)烈，速度譜值和加速度譜值在長周期段分別約為硬土場地的1.5倍和4.7倍，衰減速率緩慢。

(2) 地震震級大小對彈塑性位移譜的影響

圖4為T1、T8、T3和T4、T9、T5兩組地震集的相對位移、速度和絕對加速度彈塑性反應(yīng)譜。這兩組彈塑性反應(yīng)譜(包括位移、速度和加速度)形狀幾乎一樣，僅平穩(wěn)段的幅值不同，位移及速度譜值和峰值對應(yīng)的周期隨震級的增大而增大，在大于峰值對應(yīng)的周期段內(nèi)譜值基本保持平穩(wěn)或衰減非常緩慢。地震震級大小對于處于近場的隔震結(jié)構(gòu)的速度和位移反應(yīng)譜影響很大，特別是對位移的影響最為強(qiáng)烈，其放大效應(yīng)超過3倍，且在軟土場地中這一影響將進(jìn)一步擴(kuò)大。

PHIUP為拉力對應(yīng)的位移延性系數(shù);PHIUN為壓力對應(yīng)的位移延性系數(shù);ETA為卸荷參數(shù)圖2　滯回模型不同參數(shù)對應(yīng)的滯回曲線Fig.2　Hysteretic curves of the model corresponding to different parameters

圖3　平均相對位移、速度及絕對加速度反應(yīng)譜Fig.3　Average relative displacement,velocity,and absolute acceleration response spectrum

圖4　兩組地震集下的反應(yīng)譜Fig.4　Response spectra under the action action of two groups of earthquake

隔震結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜到達(dá)峰值后的位移和速度譜值隨自振周期的增大基本保持水平或衰減速率非常緩慢，震級大小只影響譜值，不影響譜的形狀。從圖3(c)和圖4(c)中的T6和T4的加速度反應(yīng)譜特點(diǎn)可看出，在短周期范圍內(nèi)(小于1s)處于硬土場地的隔震結(jié)構(gòu)比軟土場地具有更大的加速度，但在長周期(大于1s)范圍內(nèi)則剛好相反。在軟土場地中絕對加速度衰減至平穩(wěn)段的譜值約為硬土場地的1.6倍，場地條件對其衰減至平穩(wěn)段內(nèi)的譜值大小具有重要影響，震級影響則較弱。處于近場中軟土場地的隔震結(jié)構(gòu)在周期約大于1s后絕對加速度幅值要超過硬土場地，且隨震級增大此譜值超越點(diǎn)對應(yīng)的周期值將減小。

隔震結(jié)構(gòu)絕對加速度譜值在前3s內(nèi)由峰值迅速衰減至一個(gè)較小值，在3s以后的長周期段內(nèi)該值繼續(xù)隨周期緩慢衰減還是基本保持不變主要取決于場地條件及斷層距。

(3) 阻尼比對彈塑性位移譜的影響

結(jié)構(gòu)隔震層的阻尼比相對于一般結(jié)構(gòu)而言較大，能夠有效消耗地震傳給結(jié)構(gòu)上部的能量，減小上部結(jié)構(gòu)的相對位移。圖5分別給出了0.05、0.1、0.2、0.3和0.4五種阻尼比的隔震結(jié)構(gòu)在T4、T6兩組地震作用下的平均彈塑性位移反應(yīng)譜。

圖5　T4和T6兩組不同阻尼比對應(yīng)的位移反應(yīng)譜Fig.5　Displacement response spectrum corresponding to different damping ratio under the action of T4 and T6

從圖5中可看出，隨著阻尼比的不斷增大，隔震層的位移譜值在長周期段內(nèi)顯著減小，譜形狀也更加平滑，軟土場地的位移譜值及衰減幅度均明顯大于硬土場地。在阻尼比小于0.4時(shí)，硬土場地的位移譜值進(jìn)入水平段，對應(yīng)的初始周期小于軟土場地，且隨阻尼比增大其對應(yīng)初始周期減??；而當(dāng)阻尼比增大到0.4時(shí)，位移譜值進(jìn)入水平段的初始點(diǎn)，對應(yīng)周期基本相同，不同地震動特性對隔震層位移譜值及譜形的影響基本無差別。

根據(jù)以上圖中各平均位移譜可看出，位移譜形狀主要由上升段、平穩(wěn)段、下降段和水平段(或緩慢衰減段)四部分組成，且隨著場地條件、震中距和阻尼等因素的變化，位移譜的某些特征也將隨之改變。

(4) 隔震層對地震耗能的影響

隔震支座不同的力學(xué)特性對隔震層地震能量耗散有重要影響，限于篇幅，圖6僅給出了T6組地震動作用下隔震層隨結(jié)構(gòu)自振周期變化的能量耗能曲線。

圖6　隔震層耗能曲線(Q=100,Q為初始最大恢復(fù)力)Fig.6　Energy dissipation curve of isolation layer (Q=100,Q is equal to the initial maximum restoring force)

圖6顯示隔震層具有不同屈服力時(shí)其耗散的能量也隨之改變，當(dāng)結(jié)構(gòu)屈服力較小(即恢復(fù)力/重力小于等于1)時(shí)，隨自振周期增大隔震層耗能性能更加突出。

4結(jié)論

上述對隔震結(jié)構(gòu)周期在0.1～20s之間的反應(yīng)譜地震動特性分析結(jié)果，可歸納為以下幾點(diǎn)：

(1) 場地條件對位移譜值大小及位移譜峰值對應(yīng)的自振周期值具有重要影響。

(2) 斷層距是影響軟土場地對位移譜值產(chǎn)生放大效應(yīng)的重要因素，同時(shí)對不同場地條件下位移譜值的衰減幅度也具有重要影響，且決定了軟土場地位移譜值超越硬土場地時(shí)的周期值。地震震級大小對于處于近場的隔震結(jié)構(gòu)的速度和位移反應(yīng)譜影響很大，其中對位移的影響最為強(qiáng)烈。

(3) 隔震層的阻尼比在小于0.4范圍內(nèi)時(shí)，增大阻尼比能夠顯著減小位移譜值，不同地震動特性作用下的位移譜值差別較大，但在大于0.4以后，位移譜值及譜形基本趨于一致。

(4) 屈服力較小的隔震層隨自振周期增大其耗能性能更加突出。

參考文獻(xiàn)(References)

[1]NewmarkNM,HallWJ.ARationalApproachofSeismicDesignStandardsforStructures[C]//Proceedingsofthe5thWorldConferenceonEarthquakeEngineering,Roma,1973:2266-2277.

[2]NewmarkNM，HallWJ.EarthquakeSpec-traandDesign[M].Rerkeley:EarthquakeEngineeringResearchInstitute,1982:154-160.

[3]呂西林,周定松.考慮場地類別與設(shè)計(jì)分組的延性需求譜和彈塑性位移反應(yīng)譜[J].地震工程與工程振動,2004,24(1):39-48.

LVXi-lin,ZHOUDing-song.DuctilityDemandSpectraandInelasticDisplacementSpectraConsideringSoilConditionsandDesignCharacteristicPeriods[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,2004,24(1):39-48.(inChinese)

[4]王東升,李宏男,王國新.統(tǒng)計(jì)意義一致的彈塑性設(shè)計(jì)位移譜[J].大連理工大學(xué)學(xué),2006,46(1): 87-92.

WANGDong-sheng,LIHong-nan,WANGGuo-xin.StatisticalProperty-consistentElastic-plasticDisplacementDesignSpectra[J].JournalofDalianUniversityofTechnology,2006,46(1):87-92.(inChinese)

[5]王東升,李宏男,王國新,等.彈塑性地震反應(yīng)譜的長周期特性研究[J].地震工程與工程振動,2006,26(2):49-55.

WANGDong-sheng,LIHong-nan,WANGGuo-xing,etal.StudyonCharactersofLongPeriodPortionofInelasticSpectra[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,2006,26(2):49-55.(inChinese)

[6]楊偉,歐進(jìn)萍.結(jié)構(gòu)地震彈塑性反應(yīng)譜——損傷譜[J].地震工程與工程振動,2008,28(6):44-53.

YANGWei,OUJin-ping.EarthquakeInelasticResponseSpectra——DamageSpectra[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,2008,28(6):44-53.(inChinese)

[7]王豐,王楠楠,張振楠,等.雙向地震激勵(lì)的標(biāo)準(zhǔn)化彈塑性位移反應(yīng)譜[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2015,17(1):69-72.

WANGFeng,WANGNan-nan,ZHANGZhen-nan,etal.NormalizedElasticplasticDis-placementSpectraforBi-directionEarthquakeExcitations[J].JournalofDalianNationalitiesUniversity,2015,17(1):69-72.(inChinese)

[8]王豐,李宏男,伊廷華.雙向地震作用下等延性強(qiáng)度折減系數(shù)反應(yīng)譜研究[J].振動工程學(xué)報(bào),2009,22(2):193-199.

WANGFeng,LIHong-nan,YITing-hua.StrengthReductionFactorSpectraofConstantDuctilityFactorsforBidirectionalEarthquakeMotions[J].JournalofVibrationEngineering,2009,22(2):193-199.(inChinese)

[9]刑朋濤,梁興文.新型框架結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)的等效線性化方法研究[J].震災(zāi)防御技術(shù),2014，9(4):790-800.

XINGPeng-tao,LIANGXing-wen.StudyonEquivalentLinearizationMethodforElastoplasticSeismicResponseofNewFrameStructures[J].EarthquakeDisasterPreventionTechnology,2014，9(4):790-800.(inChinese)

[10]孫國華,顧強(qiáng),何若全,等.基于能量反應(yīng)譜的抗彎鋼框架結(jié)構(gòu)能量計(jì)算[J].土木工程學(xué)報(bào),2012,45(5):41-48.

SUNGuo-hua,GUQiang,HERuo-quan，etal.EvaluationofSeismicEnergyofSteelFramesBasedonEnergySpectrums[J].ChinaCivilEngineeringJournal,2012,45(5):41-48.(inChinese)

[11]何文福,劉文光,楊驍,等.隔震結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)譜分析研究[J].振動與沖擊,2010,29(1):30-33，42.

HEWen-fu,LIUWen-guang,YANGXiao，etal.ElastoplasticResponseSpectraofIsolatedStructures[J].JournalofVibrationandShock, 2010,29(1):30-33,42.(inChinese)

[12]劉文光,何文福,霍達(dá),等.隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜的取值研究[J].振動與沖擊,2010,29(4):181-187.

LIUWen-guang,HEWen-fu,HUODa,etal.ModifiedEquationforLongPeriodofDesignResponseSpectrumofanIsolatedStructure[J].JournalofVibrationandShock,2010,29(4):181-187.(inChinese)

[13]何文福,霍達(dá),劉文光,等.長周期隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,34(4):391-397.

HEWen-fu,HUODa,LIUWen-guang,etal.StudyonLongPeriodPortionofAccelerationDesignSpectra[J].JournalofBeijingUniversityofTechnology,2008,34(4):391-397.(inChinese)

[14]黃海榮,朱玉華.基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜研究[J].結(jié)構(gòu)工程師,2010,26(3):123-129.

HUANGHai-rong,ZHUYu-hua.StudiesonDesignResponseSpectrumforBase-isolatedStructures[J].StructuralEngineers,2010,26(3):123-129.(inChinese)

[15]杜永峰,徐天妮,王亞楠，等.近斷層地震動作用下設(shè)計(jì)速度反應(yīng)譜研究[J].地震工程學(xué)報(bào)，2014,36(4):997-1002，1013.

DUYong-feng,XUTian-ni,WANGYa-nan,etal.AnalysisofDesignedVelocityResponseSpectraSubjectedtoNear-faultGroundMotion[J].ChinaEarthquakeEngineeringJournal,2014,36(4):997-1002,1013.(inChinese)

[16]Ray,Tathagata,Ryu,etal.SmoothHysteresisModelsinNonlinearStructuralAnalyses-implementations:IDARCVersion7.2：“TechnicalReportMCEER-11-00XX,MultidisciplinaryCenterforEarthquakeEngineeringResearch(MCEER)[M].UniversityatBuffalo(SUNY),Buffalo，2011.

InfluenceofGroundMotionCharacteristicsontheInelasticDisplacementSpectraofIsolatedStructures

TIANYing-xia,HUGao-xing,LIZhi-jun,WANGYa-nan

(College of Civil Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, Shaanxi, China)

Abstract：Based on the specific focal mechanism, magnitude, fault distance, and site condition, 69 ground motion records are selected and grouped. Nspectra software is used to calculate the inelastic displacement response spectrum of a single isolated structure under ground motion. The influence of fault distance, field condition, magnitude, and damping ratio on the inelastic displacement spectrum is analyzed, and the influence of the mechanical parameters of seismic isolation layer on the seismic energy dissipation is discussed. The results indicate that compared with the far field, the base-isolated structure in the near field is more unfavorable. Moreover, the seismic isolation layer displacement spectrum is greatly influenced by field conditions, earthquake acceleration, and speed. With the increase of the fault distance, the attenuation of displacement spectrum values increases, and the displacement spectrum of the base isolated layer in the field of soft soil is more than that of hard soil. The influence of earthquake magnitude on the spectrum shape is not obvious; however, it can cause a scaling effected on the displacement spectrum of the base isolated layer. When the damping ratio is less than 0.4, the value of displacement spectrum of the seismic isolation layer differs largely with different ground motion characteristics; when the damping ratio is greater than 0.4, the value of displacement spectrum basically become the same. The energy dissipation of the seismic isolation layer with a small yielding force (restoring force/gravity less than or equal to 1) increases with the increase of natural period.

Key words：isolated structure; inelastic displacement spectrum; ground motion; field classification

收稿日期：①2015-09-28

基金項(xiàng)目：陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(2013K07-07)；陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2013JK0612)

作者簡介：田英俠，女，碩士生導(dǎo)師，副教授，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震。E-mail:tianyingxiall@qq.com。 通信作者：胡高興。E-mail:864976195@qq.com。

中圖分類號:TU352.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號:1000-0844(2016)03-0353-07

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.03.0353