竖向设计反应谱特征参数的研究

以国内川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802条竖向地震动加速度记录为研究对象,利用差分进化算法对每条竖向加速度反应谱进行拟合,分析不同场地类别、震级和震中距对竖向加速度反应谱特征参数取值的影响。统计结果表明,竖向设计反应谱的起始周期和衰减指数基本不受各因素的影响,平台值和特征周期均随场地类别的提高而增大,随震级的增大而增大,特征周期随震中距的增大而增大,而平台值随震中距的增大而减小。本文综合考虑各因素的影响,最终给出竖向加速度反应谱特征参数的建议取值,为我国建筑抗震规范中竖向地震作用的修订提供依据。     

汶川余震加速度记录的反应谱特征研究

利用584组汶川余震Ⅱ类场地加速度记录,研究震级、震中距对水平向反应谱形状的影响以及竖向反应谱与水平向反应谱的差异。研究表明:①震中距较大时,幅值相同的水平地震动反应谱形状受震级影响较大,震级越大,反应谱峰值越小,峰值周期越大;②竖向与水平向反应谱平均比值V/H与震级相关,V/H值随震级增大有增大趋势,规范中V/H取值应考虑震级影响;③震级较大且距震中较远时,竖向与水平向反应谱平均比值V/H在长周期段大于规范规定值2/3,离震中越远,V/H值越大。     

近断层竖向地震动特征统计分析

为研究近断层地区的竖向地震动特性,基于环太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库选取890组强地震动,研究了地震动竖向与水平加速度分量峰值比aV/aH与矩震级、断层距、场地条件和断层类型的统计规律,给出近断层竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH的合理取值。采用基于能量的识别方法判定近断层地震动是否包含脉冲,分别研究竖向脉冲和水平脉冲参数与地震参数关系并对比了竖向脉冲和水平脉冲的速度峰值及周期的衰减关系。结果表明：近断层区域竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH受地震参数影响,规范建议值2/3会低估近断层竖向地震;相比较于水平脉冲,竖向脉冲数量少且分布范围小,水平脉冲和竖向脉冲的峰值、周期也存在差异。     

远场长周期地震动反应谱拐点特征周期研究

研究远场长周期地震动反应谱两个拐点周期的统计特征以及主要因素的影响规律。考虑震中距、震级和场地类型不同,筛选长周期成分丰富的破坏性浅源强震数字化记录,通过反应谱分析,基于Newmark-Hall模型计算加速度反应谱第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期,分析特征周期的变化规律。结果表明：第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期随震中距和震级的增大而增大,场地类型对第一下降段特征点周期有显著影响,而对第二下降段特征点周期的影响不显著;震中距和震级与第一和第二下降段特征点周期的秩相关性处于中等偏弱水平,表明该两个特征点周期随震中距和震级而变化,采用单一的震中距和震级估算设计反应谱的特征点周期,并非可靠;第一和第二下降段特征点周期的线性相关性为中等偏弱水平,现有规范以第一下降段特征点周期估算第二下降段特征点周期的线性模型并不适用于长周期地震动反应谱。考虑震中距、震级和场地类型的综合影响,给出了长周期地震动反应谱第一和第二下降段特征点周期的计算模型;依据四类场地上的统计平均值,给出第一和第二下降段特征点周期建议取值,可供规范修订时参考。     

两自由度滑移隔震体系的上部结构最大地震反应分析

基础滑移隔震是提高高烈度区村镇低层建筑抗震能力的有效方法。通过输入大量地震波,对两自由度滑移隔震体系上部结构归一化峰值伪加速度进行了数值分析,研究地震动和结构特性对滑移隔震结构最大地震反应的影响,并建立了上部结构峰值伪加速度的简化计算公式。研究结果表明：归一化峰值伪加速度随着上部结构周期的增大呈先增大后减小的变化趋势,可近似保守地取归一化峰值伪加速度平均值的最大值作为滑移隔震结构的最大地震反应;滑移发生后,震级、震中距及近场脉冲对结构响应的影响较小,动静摩擦系数差异的影响也可忽略不计;场地条件对上部结构响应有一定影响,表现为场地土越软,结构响应越大,但这一影响总体上随着归一化地面峰值加速度的增大而减小;对于给定的场地类别、质量比和归一化地面峰值加速度,归一化峰值伪加速度基本服从正态分布。基于参数分析结果,建立了归一化峰值伪加速度平均值与变异系数的简化计算公式,公式计算结果与简化模型计算结果吻合较好,可用于计算任意超越概率下的归一化峰值伪加速度值。     

长周期地震动影响因素及频谱参数研究

依据日本防灾科学技术研究所(NIED)地震动数据库的宽频数字记录,统计地震波的傅立叶谱平均周期Tm和加速度反应谱平均周期Tr,分析长周期地震动的主要影响因素;并根据Tm的双拐点震源谱衰减计算式,统计分析地震动峰值加速度和峰值速度比xa/v与Tr之间的关系。结果表明,场地、震中距和震级是形成长周期地震动的主要因素,Tr适合用来评价长周期地震动,Tr和xa/v呈幂指数衰减,并分别给出了震级为6.1、7.2和9.0的三次地震的拟合系数。     

场地条件对脉冲型地震动强度参数的影响研究

根据太平洋强震数据库的脉冲型地震动记录,并参考美国场地分类标准进行地震动分类;再考虑震源机制、震级、震中距的影响,选取出39条地震动,研究地震动强度参数PGV、PGD、PGV/PGA、E(t)与场地条件的关系,结果表明,土质越软的场地条件,脉冲型地震动强度就越大,地震动破坏性越强。     

近场脉冲型地震动位移比谱特征研究

非弹性位移比谱是估计工程结构非弹性位移一种简单而有效的方法.以大量的地震动记录为基础,研究近场脉冲型地震动位移比谱的特征,同时考察场地条件、峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)、峰值地面速度(PGV)和最大增量速度(MIV)对近场地震动位移比谱的影响.结果表明近场地震动的脉冲作用在0.2～1.5 s的周期段对位移比谱的影响最大,在此周期段,位移比谱增大了近20%左右;在其他周期段,近场地震动的脉冲作用对位移比谱的影响不明显.通过研究不同地震动参数对近场位移比谱的影响发现,峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)是影响近场地震动位移比谱最大的参数,场地条件对近场地震动位移比谱的影响不大.     

场地条件对脉冲型地震动的影响

本文从地震动强度参数、频谱特性两方面着手,研究了场地条件对脉冲型地震动的影响。脉冲型地震动记录来自美国太平洋强震数据库(Pacific Earthquake Engineering Research Center),根据美国场地条件分类标准对其进行分类。控制震级、震源机制、震中距相近,选取出39条地震动,研究场地条件对地震动强度参数PGV、PGD、PGV/PGA的影响,并从时域、频域角度研究脉冲型地震动各类幅值的分布情况,分析场地条件对各类幅值的影响情况。研究表明土质越软,脉冲型地震动强度参数越大,其幅值在长周期、低频区域分布也越丰富。     

基于我国现行规范场地划分标准的中小震地震动峰值加速度衰减关系

搜集了美国西部近几年的中小地震记录1 321条以及场地钻孔资料,震级范围为M(3.5~6.5),根据钻孔资料将美国西部地震记录,按照我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定进行场地分类,统计得到了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的地震动峰值加速度的衰减关系并分析了其特点。通过将Ⅰ类场地地震动峰值加速度的衰减关系与前人研究的基岩场地衰减关系对比,发现Ⅰ类场地得到的水平和竖向PGA衰减曲线与前人研究的基本一致。由此说明只要场地类别一致,使用不同地区同类场地的中小震记录进行地震动参数研究是可行的。结果为我国的中小震峰值加速度估计提供了依据。     

地震三维分量峰值与频谱特性影响因素分析

地震三维分量的强度与频率特征及其各分量相关性对确定空间结构地震反应分析的多维地震输入至关重要。本文选取546条包含完整三分量的地震记录,对水平两分量、竖向与水平分量的加速度峰值(PGA)比、速度峰值(PGV)比、傅氏幅值峰值比A以及3个方向分量的傅氏主频进行了统计分析,研究地震多维分量的幅值与频谱特性及其各分量相关性,分析场地条件、远近场对其的影响。结果表明:强度参数PGA、PGV与A的水平两分量比值随震中距、场地条件的变化较小,对形式规则简单的结构可取为0.8,对于复杂的空间结构,水平两个分量强度参数比为1.0的地震双向输入工况也应考虑。竖向与水平分量峰值比与场地条件密切相关,土层越软弱,比值越小,给出了竖向与水平分量地震峰值比与场地条件的关系式;同时,分析了不同场地与震中距下地震3个分量傅氏主频的范围。当震中距大于100 km,地震3个分量超过87%傅氏主频,在0~2 Hz之间。对C、D、E类相对软弱的场地,竖向分量傅氏主频f₃高于水平分量f₁、f₂。     

基于小波方法的近海域地震动时频特性分析

将小波变换的方法应用于近海场地地震动的时频分析。收集到了美国加州以及日本相模湾近海场地台站地震动加速度记录,并采用Matlab软件对其进行了6层小波包分解。分析了近海场地地震动加速度的能量谱以及时频分布特征,同时与同一地震事件相邻的陆域场地地震动加速度记录以及汶川、芦山地震的内陆场地地震动加速度记录进行比较。研究发现,近海场地地震动能量主要集中在前8阶子频带上,低频带能量占优势,能量分布与陆域相邻场地的不同,内陆地震动则在高频段有明显的能量分布|近海场地水平向和竖向地震动表现出能量分布的宽频带特性,但竖向地震动能量值远小于水平向,地震动能量在时间域内出现明显的二次释放过程。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

Strong motion attenuation relationship for Turkey—a different perspective

For Anatolian earthquakes, there are insufficient strong motion data from rock sites to model an attenuation relationship for Turkey. This necessitates the use of records from soil sites, which are significantly affected by amplification. In order to include soil site data in the attenuation analyses, boreholes were drilled at 64 recording stations on soil sites. After removing the effects of soil amplification, rock site and soil site data were combined to establish an attenuation relationship. Various models were tested through regression analyses using moment magnitude, epicentral distance and threshold peak horizontal ground acceleration. A new attenuation relationship is modeled for Turkey.     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

基于强震台阵记录的地震动空间相干函数实用模型

为寻求一种适用于不同类型场地的地震动空间相干函数实用模型,从美国、日本和我国台湾的密集型强震观测台阵的35次地震记录库中,选取1116条地震动记录,利用随机振动理论和数字信号处理技术对不同类型场地的地震动空间相干性问题进行了研究。通过对水平分量地震动和竖向分量地震动空间相干函数计算值的拟合,建立了一种适用于软土场地、一般场地和基岩场地的地震动空间相干函数实用模型,并进行了参数回归分析。分析结果表明：地震动场空间任意两点的相干性随着距离和频率的增大呈指数函数形式逐渐减弱;在软土场地、一般场地和基岩场地三类场地中,软土场地衰减最快,一般场地次之,基岩场地衰减最慢;基岩场地在距离20km处仍有较大的相干函数值;地震动水平分量的相干性要大于竖向分量的相干性。     

汶川Ms8.0地震四川及邻区数字强震台网记录

2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震是龙门山构造带逆冲–右旋错动的结果,四川数字强震台网共获取133组三分向加速度记录,结合陕西、甘肃部分台站观测结果,根据原始记录绘制的加速度峰值等值线呈长轴为NE方向的不规则椭圆形,与地震影响烈度分布具有较好的一致性。进一步分析发现,该次地震的加速度记录具有比较明显的方向性效应和断层上盘效应,即沿破裂传播的NE方向加速度峰值衰减显著慢于SW方向;而处于断层NW上盘的地震动峰值衰减明显慢于SE下盘,出现系统性偏高现象,且在发震断裂的映秀—北川段更为显著,与震源破裂的方式和过程具相关性。另一个现象是近发震断裂的竖向(UD)与水平向(H)地震动峰值的比值明显高于远场,在近断层附近比值在1.0左右,与现行的《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)规定的比值2/3存在较大差异。随断层距的增加,加速度反应谱峰值逐渐移向长周期,当断层距大于200km时更为显著,但在近断层100km时存在速度大脉冲现象。     

地面运动双向最大加速度反应谱特性研究

在整理当前国内外双向水平地面运动反应谱值代表值后,本文认为考虑了记录仪器所有可能水平放置方向的加速度时程对应的所有单向加速度反应谱值中的最大值是双向水平地面运动反应谱值的最佳代表值,称其为双向最大加速度反应谱值（简称BdM谱值）。建立Ⅱ类场地地面运动数据库,考察Ⅱ类场地不同地面运动类型BdM谱和单向加速度反应谱Und谱的特性差异,结果表明：Ⅱ类场地同一地面运动类型下,二者在谱形上相似,但前者的动力放大系数普遍大于后者,且二者差距随着周期的增大而增大;同一周期谱值的平均值和标准差,前者分别为后者的1.2~1.4倍和1.1~1.4倍。另外,与BdM谱相比,我国规范Ⅱ类场地设计反应谱谱值在第一衰减段普遍偏小,在第二衰减段则低于很多地面运动类型的BdM谱值。因此,以我国设计反应谱作为设计地震力取值依据所设计出的Ⅱ类场地工程结构,其设计地震力取值水准高低不一,从而导致抗震安全性高低不一;以我国设计反应谱为目标谱选择地面运动记录预测出的Ⅱ类场地工程结构的地震反应,危险性水准不一,在统一的性能评价标准控制下,导致其实际抗震性能存在差异。