基于KiK-net强震动记录的加速度反应谱规律性偏差

地震动特性受到地震震源、地震波传播介质和局部场地条件等因素的综合影响,虽然地震动反应谱虽然具有统计意义上的共性,但其具体形状又各不相同,特别是部分加速度反应谱与统计平均值之间存在显著的规律性偏差。为了进一步探究加速度反应谱与统计平均值之间的规律性偏差,本文基于日本KiK-net台网获取的8万余条强震动记录,建立了考虑地震震级和震中距影响的地面峰值加速度归一化加速度反应谱,并以预测值+0.5倍方差为界将加速度反应谱分为有、无反应谱规律性偏差的两组。通过有反应谱规律性偏差的反应谱(观测值)与无反应谱规律性偏差的反应谱预测值之间的差值,析出了反应谱的规律性偏差,验证了反应谱规律性偏差的形状与高斯曲线高度吻合,并可用加速度反应谱规律性偏差曲线的中心周期、相对高度和相对宽度等参数进行表征。基于2万余条有反应谱规律性偏差记录的统计分析显示,加速度反应谱规律性偏差主要受控于剪切波速、覆盖层厚度等局部场地条件表征参数,受地震震级、震中距、地震动强度等参数的影响相对较小。基于此,利用多元线性回归建立了加速度反应谱规律性偏差表征参数的经验统计关系,并提出了有加速度反应谱规律性偏差的场地相关加速度反应谱的确定方法。虽有待改进,但本文提出的反应谱规律性偏差概念将有助于改进场地相关地震动反应谱的确定方法。

基于遗传算法的长周期地震动加速度反应谱的拟合

目前,规范设计反应谱因长周期段幅值偏小,衰减形式单一,并不能很好地反应长周期地震动特性,因此采用合理的设计反应谱模型来反应长周期地震动反应谱有着重要意义。为解决这一问题,本文以1999年台湾集集地震中长周期地震动为例,首先,对其按地面加速度、场地类别和抗震设计分组进行分组,并将其与规范设计反应谱进行对比分析;其次,基于长周期加速度反应谱的特点提出了一种适用于长周期地震动的设计反应谱,并对比了其与常规设计反应谱的优劣。研究表明:本文提出的长周期设计反应谱具有更好的适用性;采用遗传算法对长周期地震动反应谱逐一进行拟合并给出相应的谱参数建议取值,并利用2008年汶川地震渭河盆地收集到的长周期地震动验证了谱参数建议取值的合理性,为规范设计反应谱的修订提供了参考。

潜在震源区震级上限对基岩加速度反应谱特征周期的影响

地震学理论和强震观测都表明 ,强震反应谱的形状主要取决于震级、震中距和场地条件。由于我国现行的各种行业建筑物抗震设计规范中对标准加速度反应谱特征周期Tg作出的规定中一般只考虑场地和震中距的影响或只考虑场地影响 ,因此在某些情况下 ,由规范所得到的反应谱特征周期与由专门的地震危险性分析所得到的结果相差较大。本文通过理论分析和实际的算例 ,讨论了潜在震源区震级上限对基岩加速度反应谱特征周期的影响。所得到的结论是 :潜在震源区震级上限越大 ,则反应谱特征周期 Tg越大。

地震动加速度反应谱竖向分量与水平分量的比值

本文采用水平向444条,竖向228条严格按我国抗震设计规范划分场地条件的实际强震记录,计算了不同情况下加速度反应谱竖向分量与水平分量的比值(V/H)的平均值,结果表明:(1)V/H随周期变化明显。在短周期,有1个1.0左右的峰值,在周期0.2～1.0s间有1个0.4左右的低谷,在2s以后的长周期,V/H趋近1个0.6左右的常数。(2)V/H值与震中距也有很大关系,在震源附近竖向反应谱与水平向反应谱很接近,V/H均值在周期长于2s时达到了0.9。(3)它与场地条件也有很大关系,短周期处,Ⅰ类场地V/H峰值为0.7,Ⅱ、Ⅲ类场地V/H峰值为1.1,长周期处则随场地类别由Ⅰ,Ⅱ到Ⅲ类,V/H由大到小。建议抗震设计规范修订时应考虑对竖向反应谱的规定予以修正,文中给出了建议方案。

基岩场地强地面运动加速度反应谱统计特征

根据强地面运动加速度数据,采用经验地震动衰减关系公式,利用回归统计分析的方法,研究竖向和水平向加速度反应谱的关系。统计分析结果表明竖向地震动与水平向地震动的关系比较复杂,不同周期竖向与水平向加速度反应谱的比值受震级和震中距的影响不同。用水平向加速度反应谱按简单的系数折算成竖向加速度反应谱的做法应慎重。

双规准化地震动加速度反应谱研究

本文提出了双规准反应谱的概念。在统计了美国西部大量强震记录的基础上,分别研究了规准反应谱和双规准反应谱的特性,并进行了详细的对比分析。研究结果表明,双规准反应谱比通常的规准反应谱有更好的规律性,这不仅有利于认识地震动的特性,还可使基于场地的抗震设计反应谱大大简化,更便于广大工程设计人员应用。

拟合反应谱峰加速度和峰速度的人造非平稳地震动

为满足重要工程对设计地震动的需要,文中研究了一种考虑场地附近天然地震记录数据相位非平稳特性、同时拟合S0A(T)、PGA和PGV的人造地震动技术,并以新疆玛纳斯县城区基岩场地为例,利用该区域强震记录提取的天然地震动非平稳相位,进行了非平稳人造地震动的合成。研究成果可为拟合反应谱人造地震动的工程应用提供参考。

福建地区中小地震加速度与仿真加速度记录的反应谱特征分析

利用福建省区域数字强震动和数字地震台网历年的地震记录,通过资料选取、数据处理,计算了其地震反应谱,并分析了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地反应谱谱形参数的统计关系及反应谱特征,有关研究结果对合理地利用福建地区现有台网观测资料具有实际意义。

区域台网加速度与仿真加速度地震记录的反应谱特征分析

从福建数字强震动台网加速度记录、福建数字遥测地震台网及中国数字地震台网泉州台宽频带或甚宽频带地震仪的速度记录中，筛选出1998年7月至2008年7月，福建及邻近地区17个典型地震（ML3．6～6．7）在基岩和土层台上记录到的51条加速度记录和在基岩台上记录到的31条速度记录。对经数据处理及仿真技术（速度记录部分）获取的82条加速度与仿真加速度时程计算了反应谱与规准后的反应谱（β谱），并分析了谱形参数的统计关系及主要特征，分析结果如下。

我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上PGA归一化加速度反应谱特征统计研究

近30年来全球强震动记录,尤其是大震记录的数量显著增加,有必要对近40年前基于仅300余条强震动记录获得的地震动加速度反应谱特征进行检验与修正。基于NGA-West2数据库中全球范围内3584条强震动记录的统计发现,我国场地类别划分标准下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上地面峰值加速度(PGA)归一化反应谱(阻尼比5%)与地震震级密切相关,与震源距离、地震动强度等因素的相关性相对较弱;我国现行抗震规范中设计谱低估了地震震级对反应谱谱型的影响,第4段的直线下降模式也与统计特征不符;在主要受大震控制的地区,设计谱特征周期取值过小而偏于冒险。参考中欧美抗震规范中的设计谱规准化原则,给出了适用于我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类建筑场地上的设计谱修正建议,主要改变为延长了受大震控制地区设计地震动分组的特征周期,并调整了下降段的下降模式与衰减指数,以更可靠地反映地震动反应谱的中长周期特性。

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。

田湾核电站深孔爆破震动加速度反应谱分析

在减震沟开挖前后 ,于田湾核电站 2 # 核岛结构物附近进行了深孔爆破试验 ,同时进行了爆破震动监测。根据震动加速度监测结果 ,采用单自由度体系结构动力响应分析方法 ,建立了田湾核电站2 # 核岛结构物的爆破震动加速度反应谱 ,并作出了抗爆破地震设计反应谱。

远场类谐和地震波加速度反应谱的双峰特征分析

远场类谐和地震波作为一种特殊的长周期地震波,其加速度反应谱具有显著区别于其他类型地震波的双峰特征,本研究对其产生原因进行分析。首先,分析了集集地震和汶川地震中部分典型的远场类谐和地震动的运动特征;然后,基于希尔伯特‑黄变换时频域分析方法及等效简化法,分析了远场类谐和地震波时域特征对其加速度反应谱双峰特征的影响规律。结果表明,所选远场类谐和地震波加速度反应谱长周期段的峰值与高频段的峰值比(峰值比系数α)较大,对该地区内基本自振周期为5~7 s的高层结构影响显著;当远场类谐和地震波存在脉冲周期和脉冲幅值较大的类谐和脉冲时,其加速度反应谱表现出明显的双峰特征。

海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor,DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录,利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型,与陆域DMF模型进行了对比,并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱,最后对残差及标准差进行分析。研究表明:地震类型对DMF的影响可以忽略;可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响;由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著;阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值;残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型,为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2—0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_(MF))模型。基于S-net台网的5680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_(MF)的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱DMF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_(MF)影响显著,低阻尼D_(MF)随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_(MF)随之增大而降低,而D_(MF)受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_(MF)略大;谱周期大于0.1s时和小于0.1s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_(MF)的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_(MF)模型与陆域模型差异显著,海域D_(MF)模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_(MF)模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

地下隧道对地震动加速度峰值及反应谱的影响

基于剑桥大学工程系所完成的含隧道密实砂场地动力离心模型试验基础数据,利用模型内部设置微型加速度传感器,由弱至强逐级加载四组伪谐波作为基底输入,模拟并获取了在80 g重力场环境下隧道列及自由场列在不同深度处的动力反应和加速度记录,通过对比隧道列及自由场列相关地震动参数的差异,表明由于隧道的存在,峰值加速度放大系数从基底到地表都呈现出先衰减后放大的趋势,自由场列地表处的峰值加速度放大系数处于1.042~1.072之间,而隧道列地表处放大系数处于1.009~1.024之间;加速度反应谱峰值方面,地震波输入越强烈,其峰值相对应周期朝着短周期方向移动;对比两列地震动加速度反应谱峰值随深度变化曲线,发现自由场列从基底到地表呈现逐渐增大的趋势,而隧道列呈现先减小后增大的趋势。

设计加速度反应谱和设计地震分组

实际地震动加速度谱曲线的短周期段、中周期段和长周期段所分别对应的加速度谱、速度谱和位移谱可近似看作是常量。因此,可以预估设计加速度谱曲线的基本形态和基本表示式。该式有3个待定参数。通过对几百条实际地震动加速度谱曲线逐条拟合分析确定。经统计分析分别给出各参数与震级大小、震源距和场地条件等因素相关的衰减关系。可用场址的地震动危险性概率分析方法,给出场址设计谱参数的概率估计,绘制与设计谱相匹配的地震区划图。此外,本文还讨论了与震级相关的设计地震分组。

土层地震反应中软弱夹层对加速度反应谱的影响

为了研究土层地震反应中软弱夹层对加速度反应谱的影响,本文构造了多种包含不同厚度、不同位置软夹层的土层结构,通过国内地震安评通用的ESE软件进行计算、分析。研究结果表明,软夹层的厚度、位置、输入地震动的幅值等对加速度反应谱均有不同程度的影响,上部含有软夹层的土层结构能造成反应谱出现双峰现象,引起加速度反应谱特征周期变大。本文研究结果对软土地区工程抗震设计有一定参考价值。

川滇甘陕地区长周期地震动反应谱特征参数的研究

研究我国川滇甘陕地区Ⅱ类场地的长周期地震动反应谱特征参数以及主要因素对其的影响规律。通过对反应谱的分析,本文基于Newmark-Hall模型计算的加速度谱的拐点周期,分析两个拐点周期随震中距和震级的变化规律以及两者之间的相关性。最后应用差分进化算法拟合出长周期的衰减指数。其结果表明:2个拐点周期随着震中距和震级的增大而增大;震中距和震级对于2个拐点周期的相关性基本处于偏弱的水平,表明这两个拐点周期随着震级和震中距的变化而变化,从而不适合采用单一的震级和震中距来确定设计谱的拐点周期;特征周期T_(g)和第二下降段特征周期T_(D)的线性相关性较弱,现有的抗震规范中以特征周期来确定第二下降段特征周期的线性模型并不适合于长周期反应谱。根据该地区Ⅱ类场地的统计平均值,本文给出了2个拐点周期的建议值。最后由差分进化算法拟合平均谱给出长周期地震动反应谱的衰减指数的建议值,以供抗震规范修订时做参考。