时程分析方法已广泛应用于结构抗震设计及抗震性能评估,分析中输入地震波不同,可能会导致所得结构反应结果存在较大的差异。如何选择合适的输入地震波并对其进行适当(线性)调幅,从而提高结构反应预估的准确性并使时程分析结果的离散性在合理范围之内,是工程师面临及需要解决的重要问题。目前已有选波方法优势各异,但仍存在不足。本文采用目前主流的目标谱匹配法,针对目标谱选择,提出了以“Newmark三联谱”为目标谱的选波方法,并构建了“条件Newmark三联谱”;针对谱匹配方法,提出了能够考虑高阶振型对结构反应不同贡献的加权调幅选波方法;还开展了算术与对数坐标下的谱匹配计算对时程分析结果产生的差异性影响研究。通过与传统方法的对比分析,探讨本文提出的选波方法的可行性,旨在为结构时程分析输入地震波选择提供有效的解决途径。本文的主要内容及结论如下:(1)考虑到Newmark三联谱对短、中、长周期结构地震反应均具有良好的相关性,因此提出了将Newmark三联谱作为目标谱的选波方法(即NM方法)。以美国联合钢结构计划(SAC Steel Project)提出的代表3种超越概率(即50年超越概率50%、10%和2%)的各组地震波平滑化的Newmark三联谱的均值反应谱作为目标谱;以SAC计划提出的代表洛杉矶地区低、中、高层建筑结构的3层、9层和20层Benchmark抗弯钢框架为实例,将NM方法与传统以加速度反应谱为目标谱的方法(SM方法)所得结构时程反应结果进行对比。NM方法对于低、中、高层结构非线性时程分析选波均具有可行性,当优选7条和10条地震波时,各超越概率下均能保证结构反应相对于目标反应的误差绝对值小于20%。NM在估计结构反应均值方面具有与SM方法相同的准确性;但在降低结构反应离散性方面较SM方法更有优势,而且这种优势在结构周期较长或结构非线性程度较高时更为凸显。(2)提出了能够考虑高阶振型对结构反应不同贡献的加权调幅选波方法(即WSM方法),其在较宽的匹配周期范围内计算匹配误差指标和地震波幅值调幅系数时,采用加权形式的最小二乘法,引入了由归一化振型(质量)参与系数确定的权重系数。以加速度均值谱为目标谱,采用加权优先和等权优先的两种排序方案,对比采用WSM方法与未考虑不同权重的选波方法(即等权SM方法)所得的结构反应。WSM方法在估计结构反应均值方面与SM方法具有相同的准确性。当优选7条和10条地震波时,可保证结构反应相对误差绝对值控制在20%以内。WSM方法的主要优势是,可以有效降低非线性时程分析结果的离散性,提高结构反应预估结果的可靠性,这一优势还不会受到结构动力特性、非线性程度、排序方案以及地震波数量的影响。(3)针对采用不同的坐标体系会给地震波调幅以及时程分析结果造成的差异性影响展开研究。基于高维向量理论揭示了算术坐标下目标谱选波的物理含义,并给出了对数坐标下谱匹配所得调幅系数的数学解释。对两种方法的差异性进行分析,对数坐标下谱匹配方法(即LSM方法)所得地震波的调幅系数“明显大于”算术坐标下谱匹配方法(即ASM方法)。这是由于ASM方法所得的调幅系数主要由反应谱值较大的短周期和中短周期段控制,而LSM方法所得的调幅系数主要由长周期段的反应谱值起控制作用。ASM和LSM方法对结构反应均值估计的准确度均可控制在±20%以内,但LSM方法在降低结构反应离散性方面更有优势,尤其对于周期较长且非线性程度较高的结构。此外,ASM与LSM方法的物理实质和数学解释进一步明确了上述提出的NM和WSM方法的必要性和创新性。(4)构建了“基于放大系数的条件Newmark三联谱(CNM-AF)”和“基于衰减关系的条件Newmark三联谱(CNM-GMPE)”以作为时程分析选波的目标谱,“条件分布”的引入也使条件Newmark三联谱能够与主流的概率地震危险性分析理论(PSHA)相结合。以CNM-AF、CNM-GMPE以及CMS为目标谱进行时程分析选波,并对结构反应结果做比较。提出的CNM-AF与CMS相比,依据两者所选出的地震波、调幅系数以及结构反应均值和离散性均比较相近。依据提出的CNM-GMPE所选地震波的调幅系数明显偏小,从而使其产生的结构反应也小于CNM-AF和CMS方法,其结构反应离散性也未因其良好的谱形匹配而明显低于其它方法。还提出了 CMS的阻尼修正方法,其可不受衰减关系影响,适用的阻尼比范围(0.5%～30%)及周期范围(0.01 s～10s)均比较广泛。