地震波歸一化時-頻反應譜分析方法

邱志剛 羅奇峰

1）同濟大學結構工程與防災研究所，上海 200092

2）同濟大學上海防災救災研究所，上海 200092

反應譜理論是抗震設計的重要理論之一，但因其包含諸多基本假定，在應用上存在一定局限性，主要表現在：①反應譜理論只能反應結構的最大彈性地震反應，不能反映結構在實際地震反應中可能出現的非彈性特性；②反應譜無法反映結構低周疲勞特性的影響，不能反映結構在實際地震動作用過程中結構性能隨時時的變化，無法進行結構在罕遇地震作用下的倒塌分析；③計算經驗表明，反應譜的計算主要決定于地震動加速度記錄中最強烈的一段；反應譜理論沒有考慮地震動持時特性，而持時對結構造成的累積破壞作用不容忽視。時-頻反應譜，是地震動三要素——振幅、頻譜和持時三者構成的空時三維譜，它同時反映一組不同周期的單自由度的地震反應隨地震動持續時時的變化。本文認為，由于不同地震波時-頻反應峰值不同，坐標軸比例差異較大，為了讓結果具有可比性，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-頻反應譜，除以其最大反應值，所得結果稱為歸一化時-頻反應譜，將這一計算稱為時-頻反應譜的歸一化。圖1為Taft波SN向加速度時程的歸一化時-頻反應譜及相應等高擬。

通過對比分析3條典型地震記錄的歸一化時-頻反應譜，初步推斷了不同地震波可能對結構地震響應產生不同影響。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-頻反應譜，也可初步推斷不同地震波可能對結構地震響應產生的不同影響。因此，對不同的結構應選取“適擬”該結構的地震動時程進行抗震設計，否則結果將不太可靠。分析還表明，歸一化時-頻反應譜更有利于用來分析結構破壞機理，具有研究的理論意義與應用價值，但本文只做簡單介紹，還需通過具體算例進行研究。

圖1 Taft SN歸一化時-頻反應譜