基于V/H的竖向地震动加速度反应谱研究

我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定竖向地震影响系数的峰值取相应水平向的0.65倍.本文收集美国中西部地区三分量强震数据记录292组共584条,研究了竖向地震动加速度反应谱V与水平向地震动加速度反应谱H的谱比值,以及谱比值随自振周期的变化规律.主要考察了震级、震中距、场地类别和阻尼因素对谱比V/H的影响,研究震级、震中距、场地类别和阻尼因素下的平均谱比曲线形状,并与抗震规范规定的0.65进行比较,提出修改建议,建议谱比值取考虑各因素影响的建议式,研究过程中,验证了所收集强震记录的可用性及研究成果的可信性.     

汶川地震竖向地震动衰减关系

为系统研究汶川地震的竖向地震动特征,回归出了汶川地震的竖向地震动衰减关系.在此基础上,分析场地效应和上/下盘效应对竖向地震动的影响；分析竖向加速度反应谱（a_PS,阻尼比0.05）的特征,并提出一个简单的竖向设计反应谱；利用竖向和水平向地震动衰减关系直接得到地震动竖向与水平向比（V/H）的关系,分析不同距离不同周期V/H的特征.结果表明:竖向地震动受场地效应和上/下盘效应的影响；竖向反应谱和水平向反应谱在卓越周期、特征周期、峰值的震荡周期跨度及下降段的衰减速率都存在较大的差异；V/H离散性较大,且在不同周期不同距离表现出完全不同的特征,而V/H的场地效应和上/下盘效应是由竖向和水平向地震动的场地效应和上/下盘效应的强弱不同造成的；加速度反应谱的V/H呈现出两个极值的“马鞍型”,但在不同距离具有不同的特征,近场最大极值出现在高频段（t<0.1 s）,而远场最大极值出现在低频段（t>1 s）.中国未来一段时间竖向地震动的研究到应用的过程一方面可以不断完善竖向设计反应谱,另一方面可以考虑利用V/H的关系求关键点的强度.     

反应谱特征周期的统计分析

特征周期是反应谱的重要参数,是工程抗震设计的关键参数,但物理意义不明确、涉及因素多、结果离散,研究成果相对较少.从反应谱的本质出发,提出了反应谱特征周期的概率法.搜集近期1491条地震记录,采用概率法（97%）和美国FEMA-450（2003）法,以中国抗震规范特征周期分类为依据,研究了反应谱特征周期的统计规律.研究表明：概率法从面积比确定特征周期,力学概念明确,确定标准统一,与美国FEMA-450（2003）法有较好的一致性;近期地震波的特征周期分布特征表明,抗震规范规定的不同场地、不同地震分组的特征周期区段,地震记录数量不同,长周期效应不容忽视.特征周期与震级、场地类别和震中距的关系复杂且离散,特征周期呈区间分布规律,分布区间值较大,区间内部定量关系仍较难确定.特征周期与震级、场地类别和震中距的相关性不明显,反应谱特征周期按场地类别、震中距（地震分组）确定,存在不确定的风险,美国抗震规范以反应谱参数直接确定特征周期的方法,抗震规范修订时值得借鉴.     

设计特征周期的影响因素

本文以我国抗震规范设计特征周期的修正为前提,统计计算设计特征周期的取值.共收集美国中西部地区437条中强地震记录,采用地震波处理软件SeismoSignal进行处理分析,并对设计特征周期的影响因素进行了研究.对强震数据库的覆盖率及可用性进行研究,表明数据采集合理.将美国数百条地震动记录按震级、震中距、场地类别等条件分类,主要统计计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地特征周期的取值,研究三因素对特征周期的影响,并进行了线性回归分析.分析结果表明:不同的场地类别和震级对设计反应谱特征周期取值有显著的影响.特征周期值随场地变软而增大,与震级具有良好的线性相关,与震中距相关性不明显.     

震中距对不同类别场地峰值加速度的影响

通过分析美国西部地震记录,按照中国场地类别划分标准,把730条三个方向的地震记录按照震级固定,即在某一确定区间内,分别计算三类场地上平均峰值加速度（PCA）随震中距的变化规律．通过分析发现,震中距对其影响非常大,在震级不同、场地类别不同时变化规律不同．同时,值得注意的是两水平方向的PGA变化规律也不同,在具体应用中应该区别对待．另外,竖直方向的PGA与水平方向的比值不能用某个确切的值来表示．     

竖向地震若干问题研究

地震是一种严重的自然灾害.目前的工程抗震研究中,水平地震的研究已经形成了比较完善的理论体系和计算方法.然而大量研究和震害表明竖向地震对结构的影响不容忽视.详细总结并分析近几十年来各种类型结构在竖向地震作用下的震害和原因,阐述竖向地震作用的计算方法、结构竖向动力特性和竖向与水平向加速度峰值比(V/H)的关系.简要介绍竖向减震隔震技术的应用与发展.研究结果表明,竖向地震的计算方法亟待完善,<建筑抗震设计规范>(GB50011-2001)对竖向加速度反应谱的取值过于简化,应用竖向隔震减震装置可以显著降低结构在竖向地震下的反应.     

抗震设计反应谱的动力放大系数

我国现行抗震设计规范（GB50011-2010）动力放大系数βmax值为2．25,且βmax取值只考虑了场地因素,未考虑震级、震中距的影响。本文利用美国西部726条水平强震记录,从场地、震级、震中距三因素入手,考虑单一因素和多因素不同组合对βmax的影响。结果表明,考虑不同因素,统计结果有一定的差异,而仅考虑场地因素时,统计结果与目前规范取值非常接近。综合考虑各种组合情况,考虑场地、震中距、震级因素组合更能代表目前地震动的认识水平。在统计结果基础之上,建议βmax取值为2．50。     

竖向加速度设计反应谱研究

鉴于我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）未给出竖向加速度反应谱表达式这一现状,本文收集292组美国地区的强震记录,研究了各种地震环境下不同结构阻尼比对谱比取值（V/H）的影响,针对场地等单一影响因素统计得出谱比平均值并采用遗传算法进行最优拟合。以场地因素上的拟合谱比为基准谱比,考虑震中距、阻尼等因素取修正以建立各地震环境下的谱比建议式。应用我国10抗震规范中水平加速度反应谱表达式和本文的谱比建议式,本文列举了一个示例地震环境,并推导出竖向加速度设计反应谱建议式,研究成果可供我国抗震规范参考。     

不同类别场地水平向峰值加速度的变化规律

通过分析美国历史上的地震记录,按照中国场地类型划分标准,把487条水平向的地震记录按照不同的震级、震中距、场地类别进行划分,分析了场地条件对峰值加速度PGA的影响．通过分析发现,场地条件对其影响非常大,在震级不同、震中矩不同时变化规律不同．同时,值得注意的是两水平方向的PCA差别较大,应该区别对待．     

汉口地区长周期设计地震反应谱

从分析汉口地区所处的地震地质环境与场地岩土条件入手,考虑不同震级的潜在地震对场地长周期加速度反应谱的贡献,强调强地面运动记录长周期信号的可靠性,选用了102条水平向强地震动加速度记录.通过统计分析强震记录的平均加速度反应谱,建立了适用于柔性结构抗震设计的长周期地震加速度反应谱.     

基于双规准反应谱的抗震设计谱

以千余条水平分量地震动记录为数据基础,考虑场地条件,距离和震级的影响,对地震动的加速度规准反应谱和双规准反应谱进行了研究.规准反应谱明显受到场地条件,距离和震级的影响,但场地、距离和震级影响下的平均双规准谱之间却表现出良好的一致性,基于此建议了统一的双规准设计谱模型.考虑阻尼比的影响和与现行规范设计谱的衔接,建议了可供工程设计参考使用的抗震设计谱,并与现行规范设计谱进行了比较.     

竖向地震动对地表最大剪应变的影响

提出以土剪应变幅值增量的变化作为基本指标来反映竖向地震动对土动力特性影响的分析方法,通过数值计算,在对不同地震波平均后,建立考虑竖向地震动与地表最大剪应变幅值相对增量之间的简化计算公式.简化公式中包含了场地类别、竖向和水平峰值加速度比、输入水平加速度峰值和土层厚度等主要影响因素,便于工程应用.同时,依据公式的参数分析表明,地表最大剪应变相对增量与输入水平加速度峰值成指数递增关系,与土层厚度成线性递增关系,与竖向和水平峰值加速度比成抛物线递增关系.     

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5 680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D_MF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0.1 s时和小于0.1 s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。     

Engineering Characteristics of Ground Vibration Caused by Blasting Demolition of Urban Viaducts

Ground vibration accelerations caused by the collapse of blasting demolition of urban viaducts was recorded in ordered to analyze the engineering characteristics and effects on the surrounding buildings. Through the analysis of peak ground acceleration, peak frequency, duration and response spectra of the recorded vibrations in different acceleration arrays, some conclusions are drawn: the peak ground acceleration decreases with increasing distance, and the amplitude of vertical component is higher than that of the horizontal components, especially in near source region. The peak frequency of ground acceleration decreases with distance, and in near source region, it is larger than the natural frequency of the surrounding buildings, and thus it will not have much effect on the buildings. The duration of ground acceleration caused by collapse is longer than that caused by blasting itself. The vertical response spectrum is the largest of the three components, and it decreases rapidly in the near source region of about 30 m, but beyond that the distance decreases slowly. The horizontal components are smaller than the local seismic design spectrum, while the vertical component for natural period under 0.15 s exceeds the seismic design spectrum, but the natural periods of general buildings are usually beyond that domain, so this will not have much effect on the nearby buildings.     

丘陵地貌区斜坡强震动响应特征——以四川省长宁县为例

前人对高山峡谷地貌区高位斜坡动响应研究较多,但对低山、丘陵地貌区斜坡强震动响应研究很少。并且,研究这类地区顺倾斜坡的地震动响应对揭示长宁M_s 6.0级地震丰富的次生山地灾害动力机理具有一定意义。在四川省长宁县丘陵地貌区典型顺倾斜坡不同部位安置强震监测仪器,捕捉到40多次余震,通过SeismoSignal软件处理典型余震数据,分析峰值加速度、阿里亚斯强度、傅里叶频谱、加速度反应谱,进而采用水平/竖直向谱比法分析局部场地效应,最后对比分析低山、丘陵地貌区与高山峡谷地貌区的斜坡动响应。结果表明:坡顶峰值加速度可达4.171 m·s^-2,最大位移可达0.008 05 m,当峰值加速度大于1.0 m·s^-2时,阿里亚斯强度出现陡增的趋势; 局部地形的放大效应使得地质灾害以沿山脊的裂缝及小型崩塌为主,在低频2～5 Hz处,斜坡中上部易发生山体共振。以上研究揭示了砂、页岩顺倾斜坡高位放大效应,为地震山地灾害易发性区划提供地震监测资料。     

震级对近场地震动峰值加速度影响分析

利用273条震中距在0-30km范围内的美国地震真实记录,研究震级对近场峰值加速度（简称PGA）影响.研究结果表明随着震级增大水平向和竖直向PGA都增大,但不同类型场地增大幅度不同,Ⅲ类场地增长速度较快,Ⅰ类场地增幅较慢,比较平缓.从分析中得出Ⅰ类场地近场地震动饱和现象,但Ⅱ、Ⅲ类场地PGA值在近场变化却较大.     

抗震反应谱场地放大系数的研究

通过对美国西部715条水平强震观测数据分析,按照场地条件、震级、震中距3个因素分组,以Ⅱ类场地峰值加速度PGA作为地震动强度,取有效峰值加速度EPA(阻尼比为5％时,0.1～0.5s范围内加速度反应谱平均值除以2.5)作为计算标准,统计得出场地放大系数.结果表明,在同一地震强度下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的场地放大系数依次增大;在同一场地条件下,场地放大系数随着地震动强度的增大呈减小的趋势.在统计结果基础之上,提出了适用于我国抗震规范的场地放大系数建议值及其应用方法,可供GB 50011-2010抗震规范修订时参考.