对应地震反应谱的当量功率谱密度函数的数值算法

提出根据地震反应谱曲线求解当量功率谱密度函数曲线的一种数值算法,为结构随机地震反应分析中确定和计算地面运动功率谱密度提供依据。在相对位移谱与结构相对位移响应峰值的均值之间建立联系;在现有迭代方法的基础上,对算法公式作进一步的推导和整理,将迭代计算转变为线性方程组的求解计算,进而避免迭代方法的不收敛。通过对数值计算结果的分析发现,由于规范反应谱曲线存在斜率突变,采用本文算法计算出的功率谱密度曲线在规范反应谱曲线的两端和分段转折点处会出现倍周期分岔甚至混沌现象。为此建议适当增加低频范围内离散频率点的数目,且采取整体光滑的反应谱曲线,从而提高计算结果的稳定性。     

地震动反应谱拟合过程中小波基函数的选取

基于目标功率谱, 本文从定量角度提出一种地震动反应谱拟合过程中小波基函数的选取方法． 首先通过修正不同小波基函数所对应的小波系数来拟合地震动反应谱; 然后设定总体误差绝对值和误差均方差这两个定量指标来描述各拟合波功率谱与目标功率谱的差异, 借助数理统计的独立权数原理, 求得不同小波基函数所对应的定量指标的综合评价值; 最后对比综合评价值, 得到拟合精度最高、 误差离散最小的最优小波基． 应用该方法, 选取8种常见的小波基函数进行实例分析． 结果表明, 该方法得到的最优拟合波与原信号差异不大, 拟合波反应谱、 功率谱与目标反应谱、 功率谱均吻合得较好, 从而验证了该方法的正确性．      

地震动功率谱与反应谱的转换关系

本文详细评述了现今常用的几种加速度反应谱与功率谱的转换关系。对于小阻尼单质点体系而言，考虑到输入地震动是一非平稳的随机过程，又由于其传递函数的窄频带滤波特性，它的加速度反应将是一窄频带的非平稳随机过程。对于峰值系数水平的超越不是独立的，而是成群超越。据此本文考虑非平稳效应和对峰值系数水平的成群效应，对前人的转换关系进行了修正，并基于随机振动理论，给出了对工程上常用的频率平稳、强度非平稳的地震;动模型的功率谱和反应谱的转换关系。此转换关系对于长、短持时的地震动记录和反应谱长、短周期部分以及不同阻尼比的反应谱都能给出精度较高的结果。     

从反应谱求功率谱的精确方法及其应用

本文对由反应谱求功率谱的近似公式的误差进行了讨论,从而说明了精确求解地震动功率谱的必要性,并从构造函数的特征出发,提出了一类符合要求的构造函数族,同时对其参数的取值加以讨论。最后给出了一个算例,展示了从反应谱求功率谱的精确方法与近似方法在数值上的差别,以及对人造地震动的影响。     

用功率谱时间函数识别地震前兆异常

多年的前净观测和地震预报实践表明，与前兆观测资料的噪声水平相比，中强地震的前兆信息多属弱信息，信息识别较为困难，用功率谱分析方法，将前兆观测时间函数分解为不同周期的谱密度随时间变化的多个时间函数，通过震例分析，探讨在强干扰背景下识别中强地震前兆信息的可能性。从识别中短期地震前兆这一基本目的出发，采用“数据窗”滑动采样的计算方法，满足不同周期对样本长度的要求，实现了频率域的计算结果在时间域具有一定密     

缺乏近断层强震观测资料地区抗震设计规范反应谱研究

根据最近几次的近断层地震观测记录研究显示,在现行结构抗震设计规范中很少考虑近断层效应的影响,对于缺乏近断层强震观测资料地区,抗震设计规范的改进方法及近断层效应的设计参数还没有统一结论. 本文基于UBC97近断层因子设计理念, 在收集世界范围内近断层观测记录的基础上,按场地和震级进行分类,建立了中长周期关键点处的加速度谱需求的衰减关系式,推导给出了缺乏近断层观测资料地区近断层影响因子的震级和断层距的关系式. 并以我国现行的建筑抗震设计规范为基础,建议了近断层影响因子的参考取值和修正后的反应谱曲线,为我国结构抗震设计提供了参考.      

平稳随机地震地面运动过程模型及其统计特征

地震地面运动过程具有强烈的随机性,应用随机理论对实际工程结构进行地震可靠性分析和抗震设计与加固时都需要建立合理的随机地震地面运动模型,本文选择3种典型的随机地震动模型,即理想白噪声模型、金井清模型和改进的金井消模型,分析了它们的物理概念、频域特征以及适用范围。引入状态向量,建立状态方程．通过复振型叠加法分析了地震地面运动过程的时域统计特性,推导出3种随机地震动模型的相关函数的解析表达式．这些结果可为结构随机地震反应时域分析和抗震可靠性评估提供基础。     

基于条件均值反应谱的特大地震强震记录的选取及调整方法

在PEER地震动数据库(PGMD)的基础上,结合近几年国内外特大地震的地面运动记录,建立了地面运动数据库,同时根据日本Mw 9.0特大地震获得的141组记录进行统计回归建立加速度反应谱衰减关系,并采用条件均值反应谱法,即设定地震与结构概率需求结合的方法选择地面运动.选波实例表明,当设定地震为特大地震时,基于条件均值反应谱法选取地面运动记录时,扩展数据库中大震记录并建立符合大震记录加速度反应谱的衰减关系是十分必要与迫切的.该思路为进一步研究结构动态时程分析中地面运动记录选取问题及所选记录提供了依据.     

Statistical Characteristics of Strong Ground Motion Specified by Response Spectrum and Power Spectral Density Function

The statistical characteristics of strong ground motion specified by response spectrum and power spectral density function are studied using 190 strong-motion records of the Haicheng and Tangshan earthquakes in China and 138 earthquakes in the western United States.The response spectrum is normalized by the peak ground acceleration(i.e.,represented as spectral magnification factor),and the power spectral density function is described by the Kanai-Tajimi spectrum.The statistics and dependence of parameters are evaluated,and correlations between the spectral magnification factor or Kanai-Tajimi spectral parameters and the site condition,epicentral distance,or local magnitude are investigated.The statistical characteristics of spectra China and the U.S.A.are compared.Based on the results obtained the values of the statistics on spectral parameters for earthquake engineering applications in China are suggested.     

隐伏和出露地表断层近断层地表运动特征的研究进展

本文介绍了在强震地震学研究方面国内外目前所关注的重要问题：隐伏断层和出露地表断层在地震发生时近断层地表运动特征存在着明显的差异。根据近几十年全球发生的中强地震的地表运动参数的统计分析所得的结果表明,由隐伏断层所造成的近断层地表运动强度（速度、加速度）大于出露地表断层所产生的地表运动强度,虽然发生在出露地表断层的地震往往可造成较大的近断层地表位移,但是当地震矩震级（MW）达到 7.5 级以上的时候,近断层地表加速度和速度在近源区却出现了饱和现象。对该问题的深入研究有着十分重要的科学意义和工程应用价值。本文着重介绍了当前国际上对该问题的研究现状,并且建议在此基础上利用三维有限差分断层动力学模型,模拟断层的动态破裂过程以及近断层地表运动的特征。     

经验格林函数法与随机有限断层法在合成近场强地震动中的联合运用

本文采取将经验格林函数法与随机有限断层法相结合的方式,突出体现了各自方法的优点,通过经验格林函数法确定地震震源参数,用随机有限断层法计算参数、检验其合理性。利用1998年新疆阿图什M6．9级地震的肘L4．7级余震记录,合成了这次地震的最大余震Ms6．0级地震的加速度记录,并将合成的结果与实际记录在频域和时域做了对比,分析研究了地震动特征和这次最大余震的可能破裂特征。同时对经验格林函数法需进一步改进的方向进行了探讨。     

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

基于汶川地震远场强震动记录的厚覆盖土层对长周期地震动影响分析

利用2008年5月12日汶川8．0级地震的远场强震动记录,研究太原盆地厚覆盖土层对长周期地震动的影响,并将其结果与地震安全性评价工作中的土层反应分析结果进行比较。结果表明：厚覆盖土层对长周期地震动有很强的放大作用,覆盖层厚度越厚,峰值出现的周期越大,而相对于基岩最大放大可达9倍左右。另外,对于厚覆盖层的场地,观测结果与场地地震安全性评价计算结果在一定的长周期范围内差别相当大,相对于基岩,观测结果的放大系数至少高于场地地震安全性评价计算结果的2倍以上,最大达到近9倍。     

基于谱比法的江苏强震动台站场地特征分析

选取江苏省强震动台网近年来获得的强震动记录,基于水平竖向谱比法(HVSR),计算了22个强震动台站的速度反应谱平均谱比曲线,采用谱比形状一致法进行场地分类,并结合典型台站场地的工程地质资料进行对比分析。研究结果表明,平均谱比曲线的卓越周期、场地放大等特征与台站场地地质资料相吻合,与传统场地分类方法相比,基于谱比法的场地特征分类方法能够突出不同场地的地震动反应特征,较好地体现了台站的场地反应特征。     

邢台地区长周期地震动特征初步分析

沉积平原中存在地表低速沉积层是长周期地震动产生的关键因素,而长周期地震动会对长周期建筑物造成严重威胁和震害。本文基于邢台地震的历史地震震源模型和含地表沉积层的地壳速度模型,采用离散波数有限元法,对邢台地区进行了长周期地震动的计算分析。研究表明,邢台平原地区在大震中会产生长周期地震波,邢台地震中反应谱峰值区域位于宁晋南,与极震区基本重合。震中距小于55km区域内的周期1.5—4s的放大系数谱超过了抗震设计规范谱,反应谱放大系数值在周期2s附近达到峰值。因此,邢台地区因存在地表软弱沉积层,该区抗震设防可能对长周期地震动估计不足,建议应予以特别考虑。     

2018年2月12日河北永清4.3级地震强震动记录分析

2018年2月12日河北省廊坊市永清县发生4.3级地震,震中位于廊固凹陷内的河西务断裂附近,国家强震动台网中心获取74组强震动记录,本文对触发台站进行场地分类,结果显示大部分为Ⅰ类场地(51.35%),其次为Ⅱ类场地(35.14%)和Ⅲ类场地(13.51%)。根据5个典型台站加速度时程记录及反应谱分析本次地震强震动特征,并对各台站峰值加速度反应谱与方位角和震中距的关系进行分析。采用克里格插值方法绘制地震仪器烈度分布图,由于台站分布不均,导致极震区附近烈度影响场计算缺值现象,本文通过拟合本次地震强震动记录得到该地区地震动衰减关系,在空白区域建立空间随机假设台站进行补点插值,解决了计算缺值问题,为缺少台站记录的震区提供准确快速制作烈度分布图的思路,为震害调查和地震应急救援提供重要依据。     

震源机制对近场地震动反应谱的影响

将欧洲及其毗邻地区以及美国的部分近场强震记录按照震源机制进行分组,详细的分析了震源机制对水平和竖向分量地震动加速度反应谱放大系数以及竖向与水平向反应谱比值的影响.结果表明震源机制对震级不同的地震动以及地震动不同分量反应谱的影响程度不同;震源机制不仅影响反应谱峰值大小以及峰值位置,还在一定程度上影响反应谱的形状.     

映射法在估计强地震动参数中的应用

以我国中南地区为例,参考美国西部地震烈度、基岩峰值加速度、反应谱平均周期和谱光滑卓越周期的衰减规律,采用地震对映射的烈度震级法和烈度距离法,评估了研究区基岩峰值加速度和反应谱频率参数的不同衰减影响因素。