地震动是复杂的时间-空间随机变化过程。它是包括三个平动分量和三个转动分量的多维复杂运动，受震源机制、震级、震中距、场地类别及局部场地条件等因素影响，在同一次地震过程中，不同地区的地震动时频特性有所差异，且同一地震动在时域和频域也均表现出强非平稳性。地震运动的多维性和非平稳性对结构的多维弹塑性分析有着重要的影响，因此在结构设计时需要对其进行充分考虑。　　本文针对目前分段式设计谱的不足，提出采用唯一函数形式表示的统一光滑反应谱，数据分析结果表明该谱具有形式简单、各周期段精度均较高等优点，且在函数形式、多阶谱、弹塑性谱精度及多维性等方面具备统一性。在此基础上提出基于光滑谱并考虑多阶谱的人工地震动合成方法，由此得到的地震动信号能够更综合准确地满足加速度谱、速度谱和位移谱的频谱特性需求，精度较高。　　本文在传统反应谱的基础上，考虑摇摆分量的影响，通过建立力学模型和运动方程并理论推导与计算，求解出了带有摇摆分量的设计反应谱。通过数值分析的方法与传统的设计反应谱的结果相比较，得出摇摆分量对于长周期结构和在软弱地基土上的结构有显著影响的结论，因此在抗震设计时考虑摇摆分量是非常必要的。　　本文在传统的最不利入射角度的基础上提出结构考虑三维地震动的最不利入射角度计算公式。提出了基于有限元分析的弹塑性结构瞬时最不利入射角度计算方法。通过数值模拟讨论了空间最不利入射角度的特性和变化规律。通过计算实例证明对于以竖向振型为主的结构应考虑多维地震动并计算空间最不利入射角度。同时，结构弹塑性最不利入射角度具有瞬变特性并与结构损伤程度相关。　　本文在理论和计算分析的基础上，确认小波包分解方法是建立时变功率谱的有效工具，并依据时频边缘条件提出时频谱分析精度评价标准。在地震动时频特征统计分析的基础上，认为地震动时频谱由多峰平滑谱和非平稳噪声谱两部分构成。分别建立由多峰平滑功率谱和非高斯频域噪声谱构成的地震动频域谱模型以及由多峰平滑时域能量谱模型和非高斯时域噪声谱模型构成的地震动时域谱模型。由此形成的时频谱模型在时频特性表征、函数表达、精度及多维分析等方面均有较强的统一性。依据统一时频谱进行调整或人工合成的地震动具有良好的精度和强非平稳性。