关于地震危险性曲线形状参数和地震动反应谱调整系数的探讨

本文概述了美国核管会(NRC)在管理导则RG1.208中推荐确定电厂特定地震振动的基于性能(PB)的方法,该方法用来确定新建核电厂的安全停堆地震动(SSE)。对于美国中东部地区(CEUS),RG1.208中推荐的调整系数为DF=max(1,0.6×AR0.8),其中AR来源于概率地震危险性分析(PSHA)的结果(地震危险性曲线)。以美国东部运行核电厂址的地震动峰值加速度(PGA)超越概率曲线和物项易损性曲线为例,论述了地震动反应谱调整系数(DF)的确定过程。基于我国核电厂址的概率地震危险性分析结果,采用基于性能(PB)方法的思路,给出了适用于我国的地震动反应谱调整系数的近似公式。

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。

基于地震动反应谱与傅里叶谱确定场地卓越频率的差异性

强震动记录的HVSR法常用于评估场地卓越频率,计算强震动记录HVSR时常采用加速度反应谱或加速度傅里叶谱,但两者会给出不同的评估值。为揭示反应谱比和傅里叶谱比评估场地卓越频率的差异,本文选取日本KiK-net台网中场地条件可近似为一维场地模型的16个台站,以其获取的强震动记录开展场地卓越频率研究。首先提出了评估场地卓越频率的数据处理方法,主要包括S波截取、Taper预处理、基于高斯拟合的自动寻峰。探讨并给出了阻尼比、平滑的带宽系数取值对场地卓越频率评估的影响规律;对反应谱阻尼比取10%,对傅里叶谱平滑的带宽系数取20~40之间获取的场地卓越频率较为准确。然后对比分析了利用地震动加速度反应谱比和傅里叶谱比得到的场地卓越频率与场地土层模型计算得到的基于传递函数的自振频率。研究结果表明,对大多数台站而言,采用傅里叶谱比计算场地卓越频率具有明显的优势,对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地上的台站均有如此结论,只有对少数特定台站,采用反应谱比方法效果更好。

地震动位移反应谱阻尼修正系数研究

阻尼修正系数(DMF)用于抗震设计规范中校正临界阻尼比高于或低于5%的弹性反应谱。在解耦多参数交叉影响的原则下研究了三个主要地震参数(震级、距离和场地条件)对地震动位移反应谱阻尼修正系数的影响。结果表明,DMF随着结构自振周期增大而逐渐趋近于1;随着震级和距离增大,阻尼比对位移反应谱影响随之增大,DMF曲线更加发散,这意味着通过附加阻尼减小结构地震反应对于大震和远震更加有效;场地条件对DMF的影响仅限于近场范围,但无法归纳出明显的影响规律,且随距离增大,不同场地对应的DMF之间的差异逐渐缩小。通过人工合成地震动数值试验,分析加速度反应谱与位移反应谱DMF曲线,得出结论:地震动频谱分量随频率的相对变化速度,对位移反应谱DMF曲线起控制性作用。最后提出了适宜于抗震设计规范采用的DMF公式,并利用实际强震记录数据拟合了DMF公式中的关键参数。

地震动反应谱变异系数分析

利用随机振动理论,分别考虑3种地震动随机过程模型,本文对反应谱变异系数及相关问题进行了深入分析。研究结果表明:在一定范围内,地震动模型、场地条件和结构体系阻尼比对结构加速度反应越零率有明显影响,但这三者对反应谱变异系数的量值影响不大。在工程设计中,可以采用白噪声模型按本文给出公式计算反应谱变异系数。

脉冲型近场地震波反应谱的阻尼调整系数分析

阻尼调整系数定量描述了阻尼比对结构地震响应的影响,与地震波频谱特征等相关,用于从低阻尼比反应谱推算高阻尼比反应谱.本文以近场脉冲型地震波为对象,研究其反应谱阻尼调整系数的规律并建立计算公式.选取50条脉冲型地震波并提取出等效低频脉冲,考虑0.05~0.50之间13种阻尼比,计算得到地震波、等效脉冲的反应谱和各自基于5%阻尼比的阻尼调整系数.研究结果表明,结构周期与地震波脉冲周期比T/Tp在0.5~1.2内,提高阻尼比对位移、速度和加速度响应都有降低作用且减震效果最明显,等效脉冲与实测地震波的阻尼调整系数接近.对加速度、速度和位移谱分别拟合,得到了0.5<T/Tp<1.2范围内考虑脉冲周期Tp影响的阻尼调整系数评价公式.

弹性滑板支座不同摩擦系数对楼层反应谱的影响

采用课题组建立的楼层反应谱Benchmark模型,研究弹性滑板支座不同摩擦系数对楼层反应谱的影响.使用ETABS软件建立隔震结构有限元模型,在底层柱底和基础之间布置弹性滑板支座,为了使楼层反应谱具有实用性和代表性,输入FEMA P695中推荐的22条远场地震动,分别对4个摩擦系数的基础隔震结构进行非线性时程分析,研究弹性滑板支座摩擦系数对楼层反应谱的影响,且与铅芯橡胶支座隔震结构楼层反应谱进行比较.结果表明:摩擦系数影响楼层反应谱的谱值,但不改变楼层反应谱峰值出现的周期,不影响楼层反应谱的频谱特征;在周期0~6 s内,文中4种摩擦系数的弹性滑板支座结构的楼层反应谱谱值均小于铅芯橡胶支座的谱值,说明该结构弹性滑板支座的隔震性能优于铅芯橡胶支座.

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。

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。

海底地震动的等延性强度折减系数谱

为了解海底与陆地地震动弹塑性地震反应谱的差别,本文选取日本K-NET强震台网近年收集的部分海底及陆地强震记录,总计6个海底台站与相邻8个陆地台站在6次地震中的67组(双向水平)强震记录,以统计分析的方法研究了海底台站及其相邻的陆地台站强震记录的等延性强度折减系数谱的特性。进一步选取美国"海底地震动观测系统项目(SEMS)"的7个台站在8次地震中的9组(双向水平)海底强震记录与K-NET海底强震记录的等延性强度折减系数谱进行了对比,以探求震中距、水深等对海底地震动等延性系数强度折减系数谱的影响。总体上看,海底与陆地地震动的等延性强度折减系数谱相差不大,震中距对海底地震动等延性强度折减系数谱有一定影响,特别在周期T<1.5 s时,震中距越大其谱值越小,而水深对其影响不大。

傅里叶谱和反应谱之间的关系及其对经验地震动预测方程(GMPE)调整的影响研究(Ⅰ)

经验反应谱地震动预测方程(GMPEs)的函数形式通常由地震动傅里叶谱模拟的概念导出,随后这些GMPEs由经验观测数据校准,所以,对特定地震场景的地震动预测不会构成重大问题。然而,当调整反应谱GMPEs来计算未被原始经验数据集覆盖的条件时,傅里叶谱模拟导出反应谱的假设可能会产生意想不到的结果。因此,几个问题出现了。例如,地震动傅里叶谱和反应谱的区别和相似之处是什么?如果它们是不同的,什么机制可以解释这样的差异?对傅里叶振幅谱(FAS)所做的调整在反应谱中怎么表示?本文利用随机振动理论(RVT)探讨了地震动傅里叶谱和反应谱之间的关系。借助简单的Brune震源模型^([1-2]),在固定震级和距离的情况下,用RVT生成了加速度谱。RVT分析表明,反应谱低频谱值标定可以视为与相应傅里叶谱标度值等同。然而,反应谱高频谱值受到了带宽很大的傅里叶谱的控制。实际上,地震动峰值加速度不能反映高频地震动特征,它受到了整个地震动傅里叶谱的控制。此外,本文说明了对FAS做的调整如何相似或区别于对反应谱坐标所做的相同的调整。为此,我们研究了调整应力参数(Δσ)(震源项)和调整反应场地响应的属性(V_S-κ_0)这两种情况。

双向地震动作用的拟等延性系数谱

首先建立了以强度折减系数表述的恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统(它在2个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度)在双向地震动作用下的归一化运动方程。然后引入单向地震动作用下等延性系数的强度折减系数谱,给出了双向地震动作用的拟等延性系数谱(定义为系统分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比)最后通过硬土场地10组双向地震动记录拟等延性系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、位移延性系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响。结果表明,双向地震动作用与单向地震动作用相比主要增加结构较长周期方向的最大位移反应。若在基于位移的抗震设计中降低结构较短周期方向的设计位移延性系数,可在一定程度上降低双向地震动的不利影响。因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大。

傅里叶谱和反应谱之间的关系及其对经验地震动预测方程(GMPE)调整的影响研究(Ⅱ)

借助图6和图7,我们总结一下在不同振荡频率范围内FAS与反应谱之间的关系。在图6和图7中,我们模拟了RJB=20km及MW=6的地震,随机模型参数与图1的相同。图6描述了m0核｜YSDOF（f,fosc）｜2的不同部分在所选振荡频率fosc的m01/2（fosc）计算中的影响。从图3可看出,

双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.

关于工程场地地震安全性评价中设计地震动反应谱的讨论

本文对目前上海市工程场地地震安全性评价工作中设计地震动反应谱的确定方法进行了讨论。根据上海市地震环境和场地条件,以及地震安全性评价工作中尚存在的一些问题,对设计地震动反应谱的确定方法提出了建议。

地震动广义动力放大系数谱及其特性研究

传统地震动力放大系数谱是根据地震动最大加速度和结构最大加速度而确定的,没有充分虑及时域非平稳性。通过比较不同周期结构最大反应出现时刻和地震动峰值出现时刻,验证极大峰值对结构反应同样有重要的作用。提出考虑若干极大峰值作用的等效动力放大系数谱的概念,计算不同场地类型下的统计谱并验证其保守性。鉴于考虑频域非平稳性的动力放大系数标准差谱的合理性,计算相关统计谱并确认其在长周期段谱值较高。综合考虑传统谱、等效谱和标准差谱的特点,基于三种谱外包络提出具有足够的保守性的广义动力放大系数谱的概念。建立广义动力放大系数谱与传统谱的比值拟合公式。通过算例验证按广义动力放大系数谱进行结构抗震设计或验算具有更高的安全性。

基于分解方法的脉冲型地震动非弹性反应谱分析

本文旨在分析脉冲型地震动中不同频率的地震动分量对于原始地震动幅值及其非弹性反应谱的影响.首先以近期12次大地震的53条典型脉冲型地震动为数据基础,基于多尺度分解方法获取脉冲型地震动中的高频分量和低频分量.为与传统方法对比,本文获取了能够表征地震动脉冲特性的卓越分量及滤除卓越分量的剩余分量.然后对比分析原始地震动和4种地震动分量的幅值特征和非弹性反应谱的特性,以讨论地震动分量对原始地震动幅值参数及其非弹性反应谱的影响.最后结合简谐地震动模型和地震动分量的性质,讨论脉冲型地震动非弹性反应谱诸多特征的产生原因.分析发现,低频分量不仅是控制脉冲型地震动速度和位移幅值的主要因素,其对原始地震动的加速度幅值也具有不可忽略的影响.低频分量也是导致脉冲型地震动非弹性位移比谱偏大以及强度折减系数谱偏小的直接原因,从而造成结构在脉冲型地震动作用下需要具有更大的非弹性位移以及更高的强度需求.

基于相位余弦分区的人造地震动反应谱拟合

为解决人造地震动拟合时出现的经幅值调整仍未收敛的问题,分析了造成相位调整效果不稳定的原因并给出有关参数的补充公式,提出由地震动各分量反应对应的相位余弦符号来实现相位分区并给出各分区的相位调整方法。针对经相位调整仍无法收敛情况,在相位调整完成后继续使用幅值调整来改善拟合效果。算例表明本方法可有效实现迭代收敛并生成较好拟合规范反应谱的人造地震动。

位移谱阻尼调整系数模型研究

基于408条地震地面运动记录的统计分析,首先研究了地震动持时、矩震级、断层距和场地类别等对阻尼调整系数的影响,然后采用非线性回归分析提出了能体现持时和矩震级影响的阻尼调整系数模型.研究结果表明:持时和矩震级对阻尼调整系数有显著的影响,而断层距和场地类别影响较弱;阻尼调整系数相对于阻尼比存在异方差性;持时的影响可以通过在模型中包含线性震级项来体现.本文所提出的包含线性矩震级项的阻尼调整系数模型既能体现矩震级的影响,也能间接地体现地震动持时对阻尼调整系数的影响;模型的标准差能体现阻尼调整系数相对于阻尼比的异方差性.本文的研究结果可直接用于阻尼比为5%的位移谱衰减模型,也可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.

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。