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.     

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。     

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.     

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．     

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．     

震级、震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析

选取世界各地的地震记录共324组,研究了竖向与水平反应谱的比值(V/H)、反应谱峰值周期(Tp)、动力放大系数最大值(βmax)、地震影响系数最大值(αmax)和2水平向峰值周期的差值(△Tp)等参数,以及这些参数与场地类别、震级和震中距的关系．结果表明:1)现行规范中V/H=2/3基本符合实际情况的;2)竖向Tp 略小于相应水平Tp;竖向Tp随震中距和震级增大,场地类别的影响不明显;3)αmax随震中距的增加而减小．当震中距离比较大时,场地条件对αmax值的影响不明显;4)2个水平向反应谱的特征周期存在一定差异,随震级的增大这一差异有增大的趋势．     

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.     

软弱夹层对特征周期取值的影响

本文研究Ⅲ类场地中软弱夹层对特征周期取值的影响规律,选取和构造了四个模型基本场地剖面.介绍了土层地震反应分析方法.并采用SHAKE91软件分析场地土的地震反应,分别计算了含软弱土层模型与不含软弱土层模型的特征周期比值系数,分析得出以下结论:对于Ⅲ类场地,当软弱夹层在土层结构的上部时,对特征周期的取值无明显作用;当软弱夹层在土层结构的中部、底部时,对特征周期取值有放大作用;软弱夹层位于土层结构的下部时,地震强度愈大软弱夹层对特征周期取值影响越小.本文研究成果,可供我国抗震规范参考.     

非弹性反应谱衰减规律研究

为研究非弹性反应谱的特征,选用美国西部Californ ia州15次较大地震中的266条强地震动记录,建立了非弹性反应谱衰减规律.分析了场地条件、延性系数、震级及距离等参数对非弹性反应谱的影响.研究发现,随着场地变软或震级增大,非弹性反应谱增大;随着延性系数增加,非弹性反应谱降低,但延性系数增加到一定程度,谱值变化不大;随着距离增加,每个周期的非弹性反应谱值衰减很快.