地震波归一化时-频反应谱分析方法

邱志刚 罗奇峰

1）同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092

2）同济大学上海防灾救灾研究所，上海 200092

反应谱理论是抗震设计的重要理论之一，但因其包含诸多基本假定，在应用上存在一定局限性，主要表现在：①反应谱理论只能反应结构的最大弹性地震反应，不能反映结构在实际地震反应中可能出现的非弹性特性；②反应谱无法反映结构低周疲劳特性的影响，不能反映结构在实际地震动作用过程中结构性能随时时的变化，无法进行结构在罕遇地震作用下的倒塌分析；③计算经验表明，反应谱的计算主要决定于地震动加速度记录中最强烈的一段；反应谱理论没有考虑地震动持时特性，而持时对结构造成的累积破坏作用不容忽视。时-频反应谱，是地震动三要素——振幅、频谱和持时三者构成的空时三维谱，它同时反映一组不同周期的单自由度的地震反应随地震动持续时时的变化。本文认为，由于不同地震波时-频反应峰值不同，坐标轴比例差异较大，为了让结果具有可比性，建议采用归一化处理方法。具体的归一法方法是：对不同地震波的时-频反应谱，除以其最大反应值，所得结果称为归一化时-频反应谱，将这一计算称为时-频反应谱的归一化。图1为Taft波SN向加速度时程的归一化时-频反应谱及相应等高拟。

通过对比分析3条典型地震记录的归一化时-频反应谱，初步推断了不同地震波可能对结构地震响应产生不同影响。分析表明，通过对比可知，不同地震记录归一化时-频反应谱峰值分布在时域和频域差别很大；通过分析归一化时-频反应谱，也可初步推断不同地震波可能对结构地震响应产生的不同影响。因此，对不同的结构应选取“适拟”该结构的地震动时程进行抗震设计，否则结果将不太可靠。分析还表明，归一化时-频反应谱更有利于用来分析结构破坏机理，具有研究的理论意义与应用价值，但本文只做简单介绍，还需通过具体算例进行研究。

图1 Taft SN归一化时-频反应谱