海底与陆地地震动反应谱比定量分析

为了研究海底地震动与陆地地震动反应谱统计特性的差异,选取日本相模湾地区K-net的922组海底地震动记录和KiK-net的4599组陆地地震动记录,通过对海底与陆地地震动标准化弹性加速度反应谱以及弹塑性反应谱的对比分析表明:弹性反应谱的海陆谱比变异较小,平均值可作为定量对比关系;当周期小于0.5 s时海域与陆地地震动的差异较小,当周期0.5 s以上时海域与陆地地震动反应谱的差异明显,海域地震动的竖向分量显著较小;对于等强度延性谱,当震级或震中距较小时,有必要考虑1.5 s及以上周期的水平方向海底与陆地地震动的差别;而对于竖向地震动,则需更加关注0.5 s以下短周期地震动的海底与陆地地震动的差异。     

近断层长周期脉冲型地震动对竖向反应谱影响研究

长周期大幅值脉冲运动是近断层地震动的重要特征,也是引起结构震害的重要因素。在既有的地震动数据库基础上,筛选建立了长周期脉冲型记录的统计样本库,并构建了地震动特征参数的回归关系式。针对竖向反应谱,深入分析了竖向分量与水平向分量的加速度反应谱比值随脉冲周期和结构自振周期的变化规律,结果表明反应谱比值显著大于现行规范取值,进而采用分段线性化方法,建立了竖向反应谱比值随脉冲周期、自振周期变化的简化关系式,并对影响竖向反应谱曲线各拐点周期的特征比值进行统计分析,拟合得到了其随震级和断层距的衰减模型。     

近断层长周期脉冲型地震动对竖向反应谱的影响研究

长周期大幅值脉冲运动是近断层地震动的重要特征,也是引起结构震害的重要因素.在既有的地震动数据库基础上,筛选建立了长周期脉冲型记录的统计样本库,并构建了地震动特征参数的回归关系式.针对竖向反应谱,深入分析了竖向分量与水平向分量的加速度反应谱比值随脉冲周期和结构自振周期的变化规律,结果表明反应谱比值显著大于现行规范取值,进而采用分段线性化方法,建立了竖向反应谱比值随脉冲周期、自振周期变化的简化关系式,并对影响竖向反应谱曲线各拐点周期的特征比值进行统计分析,拟合得到了其随震级和断层距的衰减模型.     

美国西部竖直向基岩强地面运动参数衰减关系研究

利用美国NGA(Next Generation Attenuation)数据库提供的高质量数字强震数据,对美国西部地区自由地表基岩场地的竖直向地震动参数的衰减关系进行了研究,具体包括竖直向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及5%阻尼比绝对加速度反应谱(T=0.04~6.0 s)。将其与采用同样技术手段和同一套数据回归得到的水平向地震动参数衰减关系相结合,对模型化后的竖直向与水平向反应谱比V/H进行了计算,并对其随周期、震级、距离的变化关系进行了分析。新得到的竖直向地震动参数衰减关系的适用范围为Ms5.0~8.0,震中距0~200 km。     

松软场地上桩筏基础AP1000核岛结构的三维非线性地震反应特性

松软场地上核岛结构的地震安全正成为一个挑战性的重大工程问题。选取代表性的近场强震、中远场强震和远场大震记录作为基岩地震动,考虑场地工程地质特性、土体非线性和人工边界条件,对松软场地-桩筏基础-AP1000核岛结构三维体系进行非线性地震反应分析,结果表明:核岛结构谱加速度的卓越周期与基岩地震动的基本相同,对与核岛主体结构基本频率相近的地震动分量的反应更为强烈,冷却系统水箱“晃动水”的地震反应对核岛结构的影响类似于鞭梢效应;核岛结构的峰值加速度放大系数随结构高度增大,近场和远场强震作用时,该放大效应主要取决于核岛结构自身特性及基岩地震动经土层到核岛底部的传播;核岛结构相对其底部的峰值相对位移随结构高度增大,且远场大震作用时的反应更为强烈;随基岩峰值加速度的增大,核岛结构的峰值加速度放大效应减弱、峰值相对位移反应增大。地基柔性及土-结构相互作用的耦合效应对输入地震动具有高频过滤、低频放大效应,从而使核岛结构下部的峰值加速度显著放大、中上部的峰值加速度显著减小。     

基于四川西昌中强震数据的区域地震动预测模型

为了探讨基于有限的本地数据建立区域性地震动预测模型的可行性,面向建设西部地震科学实验场的需求,基于中强震数据较丰富的四川西昌附近21次地震的1250条地震动,分析了区域性预测模型中距离项、震源项以及场地项的特征,标定了模型系数,建立了符合西昌地区地震动特征的预测模型。结果表明:西昌地区的地震动加速度反应谱在近场短周期的衰减速度快,而在中远场加速度反应谱衰减速率差别不大;随着震级增大,峰值加速度以及加速度反应谱随距离增加衰减速率变慢;加速度反应谱在短周期衰减速率明显快于长周期的衰减速率。与NGA模型比较表明,西昌地区的加速度反应谱在短周期与之相当,而在长周期NGA模型的预测值偏高,表明NGA模型在中长周期对四川西昌地区并不适用。与国内相关模型比较表明,西昌地区中强震在中近场会产生较大的峰值加速度以及短周期反应谱。该研究表明地震动具有显著的区域性差异,宜采用当地有限的地震动数据建立地震动预测模型。     

基础摩擦滑移隔震结构起滑加速度研究EI北大核心CSCD

起滑条件是影响滑移隔震结构动力响应特性的重要参数,也是滑移隔震结构性能化设计研究的理论基础。采用两自由度模型模拟滑移隔震结构,基于动力时程分析方法,分析了隔震结构参数(包括自振周期、质量比和摩擦系数)和地震动参数(包括反应谱特征周期和近断层地震动脉冲)对隔震结构起滑加速度的影响。结果表明:结构参数比地震动参数对起滑加速度的影响更明显。隔震结构的起滑加速度-自振周期曲线分为下降、水平、上升和先上升后水平4段。所选地震动集激励下,当自振周期小于1.4 s时,相同自振周期结构的起滑加速度随质量比的增大而减小;大于7.8 s时,起滑加速度随质量比的增大而增大。起滑加速度随摩擦系数的增加而等比例增大。基于分析结果,采用分段拟合方法建立了起滑加速度计算公式,公式计算结果和多自由度结构算例的时程分析结果吻合良好。研究成果可为滑移隔震结构的起滑条件研究和结构设计提供参考。     

含破碎带层状场地和均匀场地地震响应比较研究

采用有限元方法在时域内研究了含破碎带层状场地的地震响应,比较分析了含破碎带层状场地和等效均匀场地对地震响应影响的差别,以及破碎带宽度、刚度和倾角等因素对地震响应的影响。研究表明,与等效后的均匀场地相比,层状场地加速度反应谱卓越周期短、对地震动的放大作用大,当场地中存在破碎带时,层状场地中破碎带对地震波的散射效应更强,其竖向加速度的最大峰值显著大于等效均匀场地。断层破碎带宽度、刚度、倾角对地震动的影响规律与等效均匀场地基本一致,不同的是:层状场地地表加速度峰值均大于等效均匀场地;层状场地加速度反应谱的第一峰值与等效均匀场地相近,第二峰值大于等效均匀场地,其值受破碎带宽度和倾角的影响较大。     

基于地震动加速度反应谱的三维隔震结构摇摆性能研究

三维隔震结构在地震作用下存在显著的摇摆现象,影响三维隔震技术的隔震效果。而不同类型的地震动作用对三维隔震结构的摇摆特性影响不同。由此提出一种基于地震动竖向与水平向加速度反应谱谱值之比对三维隔震结构摇摆性能进行评估的方法,并利用有限元模拟进行验证。基于1567条不同类型的地震动记录,分析不同震源机制、震中距、场地类型对三维隔震结构摇摆特性的影响规律。结果表明,震源机制、震中距、场地条件对三维隔震结构摇摆的影响显著。当不同地震动作用调幅后结构竖向加速度响应相同时,在典型三维隔震结构隔震周期范围内（水平向2.0～5.0 s,竖向0.3～1.0 s）,逆断层和走滑断层地震动相比正断层地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;远场地震动相比近场地震动所造成的三维隔震结构摇摆角更大;地震动在软土场地条件下相比其在硬土场地条件下所造成的三维隔震结构摇摆角更大。     

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。     

海域地震动长周期特性及其强度指标研究

为了分析海域地震动的长周期特性。选取893条三分量海域地震动记录,识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动,比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异,研究了海域地震动强度指标PGA(Peak Ground Acceleration),PGV(Peak Ground Velocity),PGD(Peak Ground Displacement)与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明:由浅源远场强震(震源深度小于45 km,震中距大于120 km,且矩震级大于6.2)产生的海域地震动的长周期特性十分突出,其动力放大系数谱在长周期段(2~10 s)明显超过了抗震设计规范谱的取值,且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著;PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好,因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。     

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。     

沌阳高架桥爆破拆除塌落引起的地面振动特征

利用实测结果分析了桥梁爆破拆除塌落引起的地面振动加速度特征,结论如下：桥梁塌落地面振动加速度峰值随距离增大而降低,竖向分量加速度峰值显著大于水平分量,随距离增大差别变小;测线1的地面振动加速度峰值频率随距离增加呈指数降低趋势,受叠加效应影响,测线2和测线3的地面振动加速度峰值频率随距离的变化规律不明显;测线1的切向振动分量的峰值频率最高,测线2次之,测线3最低;地面振动加速度持时随距离增加而变长,水平分量持时大于竖向分量;减振措施在降低爆破塌落振动峰值的同时也会降低地面振动峰值频率、延长其持时;多个桥联连续塌落产生的叠加效应使得地面振动加速度峰值增加、峰值频率降低,不利于建筑结构安全。     

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。     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

A study on the stochastic characteristics of earthquake response spectra in seismic hazard analysis

Abstract

For the purpose of establishing seismic design criteria for engineering structures, it is desirable to assess the expected intensity of seismic strong ground motion at a site for various probability levels (i.e., Seismic Hazard Analysis). In order to consider the seismic hazard at a site, the predictive equations of ground motion are needed. A number of predictive relationships derived from regression analysis of strong‐motion data are available for horizontal peak acceleration, response spectral value, and Fourier amplitude value. Of the earthquake data recorded in the Taiwan area, the “rock site” data are chosen for the determination of ground motion parameters. By using the predictive equation of peak ground acceleration, the seismic hazard curve at a site can be calculated, and by using the model of spectral acceleration attenuation, the uniform hazard spectrum is developed. Finally, by using the proposed Fourier amplitude attenuation model and the mathematical theory of the maximum response of a single‐degree‐of‐freedom linear system, the non‐exceedance probability of the earthquake response spectrum at a site at a certain lifetime can also be developed. Comparisons between the effects of different ground motion parameters on the results of seismic hazard analysis are made.     

竖向地震动场的空间相干函数模型

根据台湾SMART 1台阵采集的六次重大地震的加速度数据记录,利用数字信号处理技术,对竖向地震动场的空间相干函数进行分析。按照各测点对在波传播方向上的投影距离进行分组,研究了竖向地震动场空间相干函数与它们的空间距离(投影距离)、频率的关系,发现它们随两点的距离增大而减小,且与这两点在地震波的传播方向上的投影距离有较大的关系,不具有“各向同性”的性质;它们均随频率的增大而减小。在总结前人研究成果的基础上,采用Hao提出的相干函数模型来描述竖向地震动场空间相干函数。根据实测地震数据,分别对相干函数理论表达式中的一些参数进行了拟合。结果表明,该模型具有较强的合理性和实用性。