特殊长周期地震动的参数特征研究

近断层脉冲型地震动和远场软土层场地类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,当前的规范均很少对这两类地震作用进行具体的规定。研究了近断层脉冲型和远场类谐和地震动的幅值、幅值比（V／A,D／V）、傅里叶幅值谱和反应谱的差别,分析了相位角和作用循环周期数对简单脉冲的影响,并用于解释两类特殊地震动的工程特征。以集集地震动为数据基础,分析了两类长周期地震动的傅里叶谱和反应谱特征;将平均加速度和位移规准反应谱分别与规范设计谱进行了比较。建议设计谱在长周期段考虑近断层作用和软土场地面波效应的影响。     

天津滨海软土场地的大震远场作用

利用天津滨海地区丰富的地震地质钻孔资料及测试数据,建立了相应的地震反应模型.选取美国加州1992年Landers地震的远场记录P0841作为基底输入,采用工程上常用的等效线性化方法进行了土层地震反应分析,以期对天津滨海软土场地的大震远场作用得到一些定性的认识．结果显示,天津滨海软土场地对远场大震地震动峰值加速度的放大作用比较显著,但不同场地条件放大作用有明显差异,Ⅳ类场地的放大效应明显减弱.对基岩与地表反应谱比的分析显示, 滨海场地对基岩地震动的不同频率分量的放大作用具有明显的不同,对短周期分量甚至出现了缩减,但当滨海软土场地受到与场地卓越周期相吻合的地震动影响时,可能会产生很可观的放大作用,这对建在其上的高层、超高层建筑可能会构成较大的威胁．      

汶川地震动弹性和弹塑性反应谱分析

利用汶川地震获得的数字强震记录研究了汶川近场无速度脉冲、近场含速度脉冲和远场(盆地效应)地震动的弹性和弹塑性反应谱,后者包括等延性强度折减系数谱Rμ、等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR.与相同场地条件PEER近场无速度脉冲、集集近场含速度脉冲地震动的谱进行了比较.汶川近场含速度脉冲地震动的弹性反应谱在0.2～0.8s周期内明显偏小,而它的弹塑性反应谱在短周期段(0.1 ～0.4 s)与汶川近场无速度脉冲地震动谱差别不大,但等延性强度折减系数谱Ru要大于集集地震含速度脉冲地震动的谱,而等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR则小于集集地震动情况,此后随周期增长(至0.6 ～1.Os后)它们都逐渐过渡至与集集地震动的谱相当.汶川远场(盆地效应)地震动的弹性反应谱具有较宽并随周期缓慢增长的平台值和较长的特征周期,可达1.7s及以上.提出了远场(盆地效应)与近场地震动的弹性反应比谱和弹塑性位移比谱的概念.     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。     

近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征

显著的竖向地震动是近断层地震动区别于远场地震动的重要特征之一,为更合理地确定竖向地震动作用,研究了近断层区域竖向地震动的反应谱特征及其与水平向反应谱比值的影响因素.首先,选取1952—1999年世界范围内震级在M5.4—7.6之间的18次地震的地震动记录,研究竖向地震加速度反应谱及其与水平向加速度反应谱比值特征;然后统计分析了断层距、场地条件、震级以及断层机制对竖向与水平向加速度反应谱比的影响.结果表明,一般情况下竖向加速度具有更丰富的短周期分量,并且竖向加速度反应谱衰减较慢;断层距在20km以内的近断层区域、软弱土层场地、中等震级地震和逆断层大震级中长周期范围等条件下,具有较大的竖向与水平向加速度反应谱比值;在近断层区域的结构抗震设计中应充分考虑竖向地震动的影响.     

基于场地效应的地震动特性研究

为了研究强地震作用下,场地类别对于地震动幅频特性的影响,本文统计了3 579条日本地震动的时程,并针对场地类别的不同,分别从基岩和土层的峰值加速度幅值特性角度,以及从标准化反应谱和平均加速度反应谱等频谱特性的角度研究其幅频衰减特性,最后给出了各类场地峰值加速度衰减曲线。结果表明,土层对于地震动幅值和频谱的放大作用会随着场地类别的变软而增加,并且场地越软,远场的长周期特性越明显。利用平均加速度反应谱可以有效地反映频谱中的长周期成分。     

基于Hilbert-Huang变换的长周期地震动能量时频分布比较研究

远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是两种不同类型的长周期地震动,确定其能量的时频分布特性对理解长周期地震动作用下长周期结构的反应特点及揭示结构破坏机理具有重要意义.各选10条远场类谐和地震动、近断层脉冲型地震动与普通地震动,利用Hilbert-Huang变换,提取出各地震动的3-D Hilbert幅值谱、边际谱、Hilbert能量谱与瞬时能量曲线,在此基础上提出累积能量谱、强频段、能量时间分布系数等概念,定义了多个指标对比分析三类地震动的长周期特性、宽频带特性和脉冲特性.结果表明:与普通地震动相比,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的能量主要集中于较低的频段,长周期特性明显,且远场类谐和地震动的能量集中频段低于近断层脉冲型地震动;远场类谐和地震动的强频段宽度小于其他两类地震动,且能量在强频段内的分布比其他两类地震动均匀;与其他两类地震动相比,远场类谐和地震动的脉冲特性不明显;三类地震动的卓越频率与能量时间分布系数均存在明显的分布规律,可以作为地震动的能量表征参数.     

2015年4月25日尼泊尔廓尔喀M_S8.1级地震强地面运动

2015年4月25日尼泊尔廓尔喀地区发生MS8.1级地震,本文分析了加德满都强震台站的强地震动记录特征,其水平向地震动表现为明显的脉冲地震动,脉冲周期约为6.0s,反映了近场地震动的方向性效应;处于深厚沉积层上的加德满都谷地对地震动有一定的放大作用,且主震的场地峰值频率向低频段偏移,出现明显的场地非线性反应;采用随机有限断层方法模拟的空间地震动分布与宏观地震烈度图符合较好,可以为分析宏观震害提供参考;通过与尼泊尔设计反应谱对比,得出在短周期与长周期段,加德满都台站的水平向地震动的反应谱远高于设计反应谱,说明即使严格按照尼泊尔建筑抗震规范设计施工的建筑结构也难以抵御此次地震的破坏。     

近场地震动频谱特征周期研究

基于999条具有完整信息的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录,对反映地震动频谱特性的不同特征周期参数(反应谱卓越周期T。、平滑化反应谱卓越周期T_o、傅氏幅值谱平均周期T_m)进行了研究,分析了场地条件、地震震级等因素对近场水平向及竖向地震动频谱特征周期的影响,并探讨了我国现行规范中设计反应谱特征周期T_g取值的合理性问题。统计结果表明:在近场区域场地和震中距仍是影响地震动频谱特征周期的重要因素,因为近场地震动的复杂性,震级对地震动频谱特征周期的影响不是很明显;近场区域竖向与水平向地震动的频谱特征周期有明显差别,且场地越软竖向与水平向地震动频谱特征周期的比值越小;我国现行抗震规范中设计反应谱的特征周期取值偏低,可能是偏于不安全的。     

Characteristics of response spectra for long-periods of main-shock recordings of the Chi-Chi earthquake

Current practice uses predictive models to extrapolate long-period response spectra based on far-field recordings in moderate and weak earthquakes. However, the spectra are not long enough and the data are often not reliable, which means that the seismic design code cannot accurately define seismic design requirements for long-period structures. The near-field recordings in the main-shock of the Chi-Chi earthquake have a large signal-to-noise ratio (SNR), which makes them suitable for studying the long-period acceleration response spectrum up to 20 sec. The acceleration response spectra from 246 stations within 120 km of the causative fault are statistically analyzed in this paper. The influence of distance and site conditions on long-period response spectrum is discussed, and the shapes of the amplification spectra are compared with the standard spectra specified in the seismic design code of China. Finally, suggestions for future revisions to the code are proposed.     

近场地震下竖向刚度不同的混合结构动力性能分析

近场地震的动力特性明显不同于远场地震,因此有必要对结构在近场地震作用下的动力性能展开研究。以上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的加层混合结构为研究对象,对其在近场脉冲型地震、近场无脉冲型地震及远场地震作用下的动力响应进行研究。结果表明:在多遇、设防、罕遇地震作用下,近场脉冲型地震会使结构的层间位移角、层间剪力、加速度等动力响应均放大并出现超限的情况,而且都比罕遇地震作用下结构的响应增大更明显;在进行近场区加层混合框架结构的设计和建设时,近场脉冲效应会使结构存在不满足规范的情况,有必要对竖向刚度不同的加层混合结构在近场区的适用性进行深入研究。     

适用于结构时程分析法的输入地震波

本文对建筑结构抗震设计时程法所需的输入地震波提出一种基于规范反应谱的、与设防烈度、场地条件、设计近震或远震、结构自振特性有关的选择原则和方法。按远、近震和四类场地标定了反应谱、延性谱和积累损伤谱。通过对六幢不同高度的剪切和弯曲型结构模型的弹塑性分析,表明离差很小。建议在进行结构时程法分析时,按地震加速度反应谱特定的分布规律选择4条加速度记录作为输入计算。两个实际的例子表明按上述方法计算的结果与按底部剪力法计算的结果基本相符。     

地下流体远场地震效应讨论

本文通过对５级地震前地下流体异常事例的研究得到，地下流体的远场效应是客观存在的。与近场效应相似，远场效应也显示出复杂性，同时远场效应与近场效应无明显差异，这就给地震预报，尤其判断未来震中，带来很大困难。为此有必要开展地震综合预报和地下流体地震综合观测。     

强震远场前兆异常在地震预报中的应用

强震不仅有近场前兆异常，而且也有远场前兆异常，后者在地震预报中可以起到三个方面的作用：（１）远场前兆异常多在震前的短临阶段准同步地出现，为短临预报提供了较丰富的信息，有助于作出短临预报；（２）远场前兆异常一般具有双重或多重前兆的性质，它们是比较可靠的前兆异常，可为预报地震提供依据；（３）远场前兆异常显示明显的地区，是应力积累较高的地区，往往是后继地震发生地方，即指出了地震可能发生的地域。因此，对远     

Response spectrum predictions for potential near-field and far-field earthquakes affecting Hong Kong: rock sites

To realistically assess the seismic risk relating to built infrastructures in Hong Kong and in the neighbouring coastal cities of southern Guangdong province, it is necessary to predict ground shaking induced by different earthquake scenarios with good accuracy. A companion paper has described the modelling of the spatial and temporal distribution of the diffused seismic activities in the region, based on the newly-developed ‘Expanding Circular Disc’ (ECD) method. Representative Magnitude–Distance (M–R) combinations for both near-field and far-field earthquakes (in relation to Hong Kong) have been derived using the ECD method. The present paper describes the modelling of the response spectrum on rock sites associated with the predicted M–R combinations, using the Component Attenuation Model (CAM) that was also developed recently by the authors, based on stochastic simulations of the seismological model. The significant effects of soil resonance on the response spectrum are described in a separate publication.The accuracy of CAM in modelling ground motion properties on rock sites has been tested here by comparisons with (i) strong motions recorded in Taiwan and South China from the 1999 ‘Chi-Chi’ earthquake in Taiwan (M=7.6), (ii) motions recorded in South China from another earthquake occurring in the southern Taiwan Strait in the same year (M=5.1), and (iii) historical seismic intensity data obtained within South China. The overall capability of CAM in modelling both near-field and far-field attenuation has been shown to be unmatched by existing empirical models. Results of the comparison studies confirm the accuracy of CAM, particularly within an epicentral distance of 300–400 km.This study shows that the developed serviceability response spectra (i.e. at short return periods) are controlled mainly by the earthquake recurrence behaviour of major distant seismic sources. In contrast, the ultimate response spectra (i.e. at long return periods) relate to events with magnitudes close to the maximum credible earthquake (MCE) limit, the effect of which may also be represented by the Characteristic Response Spectrum (CRS). Both types of earthquake scenario can be significantly affected by the regional crustal properties. The proposed response spectrum envelopes have been compared with previously developed recommendations, and a critical review has been conducted. The intrinsic advantages of the ECD–CAM modelling approach have been highlighted, emphasising its directness and transparency when compared with the more complex process required to implement traditional Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA).     

近场水位、水温同震响应特征及对地震的预测

为了掌握MS7以下强震近场流体的同震变化特征,以岷县漳县M S6.6地震为例,分析震中300 km范围内数字化水位和水温的同震变化特征及与未来4级以上地震发震区域的关系,结果显示:MS7以下强震引起的水位、水温同震相对变化幅度不大,且持续时间短,形态以突跳型变化为主;同震变化的相对幅度在空间上没有显著的差异;同震变化的初始方向在空间上具有四象限分布特征,且与震源机制解的四个区域配套;同震变化初始方向向上台站集中的区域与未来4级以上地震的发生区域有关。由于震级偏低的地震相对于MS7以上地震其发生频率高,且近场研究范围较小,因此其在未来地震的预测上具有更加重要的意义。     

几次中强地震前乌什、阿合奇台数字形变资料异常变化分析

利用乌什、阿合奇台数字形变观测资料,分析了近几次远场7级左右地震和近场5级地震前形变资料的变化情况.分析表明:震前2个台的数字形变资料有明显变化的大多是NS分向,部分地震前的中短期异常可以认定,远场强震和近场5级地震前7天左右,乌什水管仪NS向大多存在不同程度高频抖动和畸变的临震异常,与天气干扰导致的高频变化不同.同时,对2个台的数字与模拟倾斜资料进行了对比分析,并对几次中强地震前后形变资料变化所反映的地球物理现象进行了探讨.     

新疆北天山地区井水位同震响应特征分析研究

通过整理新疆北天山地区的水位观测资料,分析了2011年后发生在北天山地区的4次近场6级地震所引起的水位同震响应特征。结果显示,井孔对于近场地震的同震响应主要表现为振荡—阶变复合型、阶变型,同一地震对于不同的井孔可能呈现出不同的响应特征,同一井孔对于不同的近场地震也可能具有不同映震效果,水位对近场地震的同震响应并无固定的响应特征,而是受到多重因素的控制作用,而震后效应的各不一致,则显示出不同地震对于各个井孔附近区域应力场调整的能力。     

筒体-环形组合建筑结构安全措施效果研究

由于核电产业的普及、优质地基的减少以及对近断层的研究还不够全面深入,AP1000堆型三代半非能动筒体-环形组合厂房的场址可能面临近场地震动作用,并很有可能选择在非基岩场地建设,因此评估其抗震性能和可靠度十分必要。首次考虑硬土地基和水平位移限制器对结构的双重影响,针对厂房底板基础隔震措施在近场地震动作用下的效果问题,根据ATC-63选取15组远场地震动和14组近场地震动,以材料应变作为损伤指标,对比研究有无隔震装置AP1000堆型筒体-环形组合厂房的地震损伤,论证该建筑结构基础隔震措施在近场和远场地震下的不同作用效果。结果表明,所设计的筒体-环形组合厂房基础隔震措施在近场地震动作用下具有明显的隔震效果,但其效果要小于远场地震动;近场地震动下,有隔震装置厂房第四等级损伤安全度比无隔震装置厂房要小,但仍然满足有关标准的要求,因此其具有在非基岩场地下近断层区域建设的可行性。