北京防震减灾中心结构地震反应观测和振动特性识别1.PDF

第 10 卷 第 3 期 震灾防御技术 Vol. 10 ，No. 3 2015 年 9 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Sep.，2015 王飞，刘英华，任志林，田宇明，2015 ．北京市防震减灾中心结构地震反应观测及振动特性识别．震灾防御技术，10 （3 ）： 539—546 ．doi ：10.11899/zzf 北京市防震减灾中心结构地震反应观测 及振动特性识别1 王 飞1,2） 刘英华2 ） 任志林2 ） 田宇明3 ） 1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081 2）北京市地震局，北京 100080 3）北京优赛科技有限公司，北京 100043 摘要 以北京市防震减灾中心结构为例，进行了结构的地震反应观测及振动特性识别研究。基于半功 率带宽法对结构脉动测试数据进行了分析，计算出了结构自振周期和振型以及相应的阻尼比。各振型 都具有较大幅值的楼层分别位于 3、6 和 8 层，据此设计并建成了结构地震反应观测台阵。分析台阵地 震记录识别出了结构的自振特性，同时功率谱曲线显示，井下数据存在高频特性，初步判定其来自钢 套管振动。开展结构的数值模拟分析，利用观测楼层上地震记录的卓越频率不断修正结构数值模型， 直至结构反应与地震记录的频率值相符，且与脉动测试数据基本一致，相对位移对比分析发现，在该 模型基础上相对位移反应与相对位移记录基本吻合。结构地震反应观测和数值模拟分析较好地实现了 结构地震反应观测台阵的观测目的。 关键词：脉动测试 地震反应观测 卓越频率 相对位移 引言 结构地震反应观测是强震动观测技术的重要分支，旨在了解和掌握结构体系在强地震作 用下的反应性状（谢礼立等，1982）。一旦获得了某结构的强震记录，相当于对该结构进行了 一次原型试验，大量信息可用来揭示结构的抗震性能，这将有助于提高结构抗震设计的水平， 改进抗震设计标准，帮助减轻未来地震灾害（李鸿晶等，2003；Mehmet 等，1987）。同时， 结构强震反应记录还能通过重建结构地震反应的方式，来检验结构地震反应分析中数值模型 或试验模型的可靠性（Mehmet，2001)。 美国是世界上最早开展结构地震观测的国家，通过实施国家强震动计划等项目建成了 250 多个不同结构类型的密集地震观测台阵。目前正在实施的项目是“美国老兵医院的结构 地震反应观测”，可实现在 70 座医疗建筑上安装密集地震观测台阵的目标（Kalkan 等，2012）， 基于上述项目的实施已经获取了丰富的结构地震反应记录和科研成果。而我国大陆地区的结 1 基金项目 中国地震局青年科技骨干人才项目（201204190030） ［收稿日期］ 2014-06-04 ［作者简介］ 王飞，男，生于 1979 年。副研究员。主要研究领域：地震工程。E-mail ：wangfei@ 540 震灾防御技术 10 卷 构观测水平起步较晚，近几年才逐渐开始建设结构地震反应观测台阵（周正华等，2004；金 星等，2007）。 为充分发挥结构地震反应观测台阵的应用价值，选择适合的台阵布设方法并获取结构振 动记录用以开展结构反应和振动特性的识别，目前已经越来越受到地震工程专家的重视。本 文以北京市防震减灾中心结构为例，通过结构脉动观测识别得到了结构的自振特性，并基于 自振特性分析结果构建了结构地震反应观测台阵，获得的台阵记录可用于定量地分析结构振 动特性和反应水平。 1 结构概况 北京市防震减灾中心主楼是基础隔震框架-剪力墙结构，该结构地上 8 层，地下 2 层，高 度为 33.0m，结构的平面布置如图 1 所示。在地下室顶板梁柱之间总共设置了 37 个橡胶支座， 其中铅芯橡胶支座 17 个，普通橡胶支座 20 个。本研究将在该结构上建成完整的地震反应