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。

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。

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。

强震地面运动频谱特性对RC桥墩结构非线性地震反应的影响

采用弹塑性纤维梁柱单元建立具有不同基本周期的钢筋混凝土桥墩(即短周期、中等周期和长周期的单自由度体系)结构计算模型.采用实际地震波和匹配同一反应谱的人工波,通过IDA分析,对比强震地面运动的频谱特性与桥墩结构非线性地震反应的相关性表明:随着地面运动强度的增加以及桥墩结构非线性程度的提高,频谱特性特别是反应谱的谱形对于不同动力特性的桥墩结构非线性地震反应的影响日益显著.在动力分析中,应该根据谱形选择输入地面运动,而不是完全根据震级M、距离R等来选择.

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。

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。

利用区域数字强震动台网加速度记录合成场地设计地震波

利用福建数字强震动台网历年各类典型加速度记录的相位谱拟合所在场地设计反应谱,获得具有本地区不同场地、不同分向天然地震记录的非平稳性特征又满足抗震设防要求的场地设计地震波,同时提供了具体的应用算例及可供福建地区建筑结构时程分析时选用的输入地震波。

典型强震动加速度仪一致性检验

针对两种典型强震动加速度仪,ETNA与MR2002,利用汶川地震强余震流动观测进行了两仪器的一致性检验。通过架设在同一仪器墩上的2种强震动加速度仪在5次余震事件中所获取加速度记录的波形、峰值、傅里叶振幅谱及反应谱的对比分析可知,ETNA仪器记录的峰值加速度与MR2002仪器记录的峰值加速度间的最大相对误差达23.6%,且南北向峰值加速度差异大于东西向和竖向,竖向明显小于两水平向;反应谱及傅里叶谱变化趋势基本相同,只是幅值存在些微差异,且竖向谱值相差最小,明显小于两水平向,反应谱最大相对误差近5%,相对于低频反应谱,高频反应谱差异较大;此外,亦存在两仪器记录时程曲线反向、记录时间长度不等、触发点不同等差异。经分析认为,这些差异主要是由于两种不同仪器性能上的微差异、仪器参数设置不同、以及触发滤波算法不同等因素引起的。

事件间地面运动峰值与反应谱空间相关的变异性

地面运动峰值和反应谱的空间相关模型是将目前概率地震灾害分析和危险性分析从单一地点扩展到多个地点的关键分量,并便于在包括空间分布的建筑物和基础设施地震损失评估及震动图插值等工作中广泛应用。尚未得到彻底研究的重要方面之一是不同地震事件中事件间的空间相关变异性。本研究探讨这一问题。为此目的,我们建立了一个合并广泛的地面运动数据库;使用了41个记录完好地震的9000多个记录。分析结果说明,相对于典型的空间相关模型,在地震灾害和危险性计算中需要包括的空间相关变异性范围大约是±0.1个单位。

2019年广西三次地震加速度记录的谱特征分析

2019年10月12日和11月25日,广西北流和广西靖西先后发生了两次M^(S)5.2地震,11月28日广西靖西发生4.3级余震,地震造成了一定的损失。结合场地条件、震级大小、震中距对3次地震强震动加速度反应谱进行对比分析,结果表明:广西3次地震的反应谱曲线最大峰值周期均在0.2 s内,平均规准谱放大倍数在2.5倍左右;不同场地条件下,靖西地震中Ⅰ0和部分Ⅱ类场地台站的反应谱曲线在0.2~0.8 s周期内起伏放大,为岩溶场地放大作用,对自振周期在0.2~0.8 s的建筑物、结构体有一定的破坏影响;北流地震加速度反应谱曲线比靖西地震衰减快,在0.5 s时规准反应谱值趋于0,而靖西地震在1.4 s后才趋于0。

2013年4月20日四川芦山地震强地面运动三要素特征分析

2013年4月20日四川省芦山县境内发生M_s7.0级地震,地震造成196人死亡,21人失踪,11470人受伤,震中最大烈度IX.地震发生后,中国数字强震动观测网络和成都市地震烈度速报网络分别获得了114组和63组3分量强震动记录.记录得出在近场加速度幅值较高,与汶川地震峰值相当,然而震害却不严重.本文介绍了这些记录的基本情况,分析了其地震动三要素（幅值、持时、频谱）特征以及对建筑物结构的潜在影响.分析结果表明：芦山地震PGA（地震动峰值加速度）与我国常用的霍俊荣地震动预测方程较一致,高于即将颁布的第五代区划图中使用的预测方程;PGV（地震动峰值速度）与第五代区划图中使用的预测方程基本一致;Significant持时和Bracketed持时高于全球经验预测方程,且Bracketed持时衰减显著慢于全球平均水平;典型11个幅值较大记录的5%阻尼比加速度反应谱峰值周期都在0.1~0.2 s范围内,且谱值远高于规范设计谱,但在周期0.3 s之后迅速下降至设计谱以下;芦山地震地震动PGV值较小以及对应我国中小城市和城镇主要建筑物的结构自振周期范围（0.3~1 s）内加速度反应谱远低于规范设计谱,可用于解释其震害相对较轻的原因.

福州盆地强地面运动特征的有限元数值模拟

区域性地震波强地面运动的量化数值模拟分析结果可以用来指导城市规划建设,并在防震减灾中发挥重要作用.本文采用有限元数值模拟方法来模拟由地震激发的区域地震波强地面运动过程,并得到地表峰值速度和加速度的分布特征.考虑到福州是东南沿海的重要省会城市,其明显的盆地结构特征使它很容易遭受强地震灾害的影响.因此本文以福州盆地为主要研究对象,假定盆地的主要断层某一位置在未来可能发生灾害性地震,则该地震会激发地震波的强地面运动,并由于地形、沉积层等主要影响,在盆地内部发生放大.通过对地震波传播过程的数值模拟和后处理分析,给出了该盆地的地表峰值位移、峰值速度和峰值加速度分布图谱.该图谱可为未来的福州城市规划和抗震减灾提供定量科学参考依据.

应用动态复合震源模型模拟汶川M_w 7.9地震强地面运动

2008年5月12日中国汶川地区发生M_w7.9地震,震中位置103.4°E,31.0°N.主要发震断层空间展布长达300多公里,由南西方向到北东方向呈现明显的分段性,汶川—映秀段逆冲为主兼有少量的右旋走滑分量;安县—北川段为逆冲-右旋走滑的断层错动;青川段以右旋走滑为主兼有少量逆冲分量.采用改进后的复合震源强地面运动预测模型,建立了长为320km,宽为20km的断层破裂运动学模型,实现了断层分段、空间倾角、滑动方向连续变化的动态设定.数值模拟结果给出了近断层两侧(上、下盘)的地面加速度的分布特征,并同卧龙、郫县走石由及绵竹清平强震观测记录进行了对比分析.模拟加速度时程曲线无论在波形、持续时间、频率分量、峰值大小同观测记录都具有较好的相似性.利用现有83个已知经纬度台站的强震实测数据及数值模拟的结果同Boore等的新一代衰减关系(NGA)进行比较,对比模拟与实际观测水平峰值加速度的一致程度.近断层峰值加速度分布特征则进一步显示了在汶川、北川和青川附近明显的高值分布区域,同野外地质调查相一致.进一步的分析结果也表明,汶川—映秀段逆冲为主的断层上盘的运动量远大于断层下盘,在距离断层地表出露位置5km处,峰值加速度N-S、E-W及UP方向分量的比值分别为1.72:1、2.5:1及1.77:1.本文中给出的动态复合震源模型和近断层区域强震模拟的计算方法,对大震强地面运动的预测及实现近实时强地面运动分布特征的圈定(Shaking Map)有着重要的实际意义.

中国强地面运动研究进展

简要总结了近年来我国在强地面运动资料的处理、近断层地面运动的影响因素、强地面运动的模拟和宽频带反应谱等方面的研究工作 .同时 。

近断层强地震地面运动特征参数分析

针对以往用于描述一般地震动的强度表征参数是否也适用于近断层强地震动的问题,筛选出汶川地震中断层距100 km内的102条强震记录,通过时程曲线和反应谱分析,研究各类地震动强度指标及其谱参数特性随断层距的变化规律。结果表明:水平向及竖向的峰值速度与峰值加速度比不适合作为近断层地震动的强度表征参数,且竖向与水平向峰值加速度比为1/2~2/3的公认取值标准不适用于近断层地震动的情况。反应谱分析中,竖向加速度反应谱较水平向反应谱包含更多的高频成分,且谱形窄,特征周期明显较小。随着断层距的增加,竖向加速度平均反应谱衰减速度更快。针对近断层地震动,规范设计谱的平台值(βmax)应适当增大,以提高安全储备。

汶川8.0级特大地震的断裂特性与强地面运动的关系

2008年汶川8级地震的发震构造是高角度铲形逆冲断层,伴随这种类型地震的远近场强地面运动在中国是第1次被记录到。综合汶川地震发震构造、破裂过程和强地面运动峰值加速度的资料,探讨高角度铲形逆冲断裂作用与强地面运动的关系。结果显示,龙门山断裂带内强地面运动峰值加速度明显大于断裂带外的台站,前者可达后者的2倍多。同时,该地震强地面运动具有很大的垂直分量,近断层垂直分量大于水平分量。结合远场资料,发现龙门山断裂带上盘峰值加速度垂直分量总体上大于下盘,上盘垂直分量的衰减比下盘慢。不考虑远场的高值异常,水平分量似乎也存在上盘效应,但目前无证据表明这些异常应该被剔除。另外,远场地面运动特征显示,相对于反方向,沿同震断层扩展方向(NNE)的峰值加速度水平分量衰减较慢,垂直分量的这种方向效应不明显。考虑到汶川地震破裂浅、断面陡和以垂直形变为主这3个显著的同震构造特性,近场和远场地面运动记录反映出位错类型和台站的实际断层距的控制作用。正因为汶川地震高角度铲形逆冲断裂结构的特殊性,导致其地面运动与普通逆断型地震强地面运动的同震效应在某些分量上相同,其他分量存在差异。

地面运动强度参数对RC桥梁地震需求的影响

在基于性能的地震工程学(PBEE)中,建立概率地震需求模型(PSDM)时需要对桥梁结构的工程需求参数(EDP)进行概率估计。其中,强地面运动参数(IM)的选择对EDP的概率估计影响很大,因此需要正确选择IM。分别采用目前最广泛使用的结构第一模态周期弹性谱加速度(5%阻尼比)Sa(T1,5%)和峰值地面加速度PGA作为IM,选择实际地震波并进行合理的调值,对一座钢筋混凝土桥墩进行IDA分析,其计算结果表明:对于不同性质EDP的概率估计值,以PGA作为IM计算所得的结果明显偏于非保守,且离散度一般也更大。说明可以针对不同性质的EDP,根据地面运动强度的大小,选择不同的IM,通过合理的调值对EDP进行概率估计,可以更加精确、高效地建立PSDM。

2013年11月23日吉林松原地震强地面运动三要素特征分析

收集整理了2013年11月23日吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县Ms5.8和Ms5.0地震的地表强震动记录,进行了常规的处理,剔除掉了异常的记录。通过分析地震动三要素特征,首先获得了较为可靠的PGA和PGV幅值,拟合出PGA与PGV之间的关系;其次以较常用的Significant持时、Bracketed持时作为研究对象,进行回归分析,探讨了松原地区地震动持时与距离的相关性;最后计算了松原地震中典型的幅值较大的记录5%阻尼比的反应谱,并与我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中的设计谱进行了比较。

随机振动有限断层方法计算衡水市强地面运动参数

主要介绍了随机振动的有限断层模型在强地面运动研究中的应用,考虑V30（地下30m的平均剪切波速）对强地面运动结果的影响。以衡水为例,计算了6条周边断层设定地震在衡水市的峰值加速度、峰值速度和时程曲线。对衡水市区危害相对最小的是新河断裂和护驾池断裂,峰值加速度值在50~90cm/s2左右,峰值速度在10cm/s以下,对应到中国地震烈度表为Ⅵ~Ⅶ度;对衡水主城区危害最大的是衡水断裂,峰值加速度值在200~360cm/s2左右,峰值速度在30~45cm/s之间,对应的烈度值为Ⅷ~Ⅸ度。