合成地震动方法用于研究强地震动长周期特性的探讨

合成地震动一直是地震学研究中一个非常跃的领域。针对２长周期结构物抗震设计缺少宽频带强震记录的现状,利用“反射率法”和“围道积分法”等合成地震动方法对地震动长周期特性进行了探讨。结果表明：合成地震动方法是研究地震动长周特性的一个有效方法;在地震动长周期成份中,面波起着重要作用。因此长周期结构物的抗震设计必须考虑面波的影响。     

高层框架结构远场长周期地震响应分析

首先对3条普通地震波和3条远场长周期地震波进行了频谱特性分析,并对比了普通地震波与远场长周期地震波傅里叶幅值谱的不同点;其次采用ABAQUS大型通用有限元软件建立了16层钢筋混凝土框架结构有限元分析模型,并对高层结构的动力特性进行分析。按照弹塑性时程分析的方法,研究高层框架结构在远场长周期地震动作用下的响应,包括楼层剪力、楼层位移和楼层位移角,并与普通地震动作用下的结构响应进行对比,得出远场长周期地震动对高层框架结构的各个响应均大于普通地震动。     

长周期地震动作用特性及其对RC柱抗震性能的影响研究

长周期地震动作用下结构的位移响应呈现多次大位移往复、长持时的特点，体现了其区别于普通地震动的特殊作用特性。长周期地震动对结构的影响研究关键在于揭示长周期地震动作用特性对结构构件抗震性能的影响机理。首先，基于雨流计数法对长周期地震动和普通地震动作用下单自由度体系的弹塑性位移响应进行循环统计分析，阐明了长周期地震动的作用特性，并以此构建了考虑长周期地震动作用特性的拟静力加载制度。其次，通过对不同设计参数的RC柱进行传统加载制度和考虑长周期地震动作用特性加载制度作用下的低周往复加载，分析其抗震性能差异，揭示了长周期地震动作用特性对RC柱的影响。研究结果表明：长周期地震动表现为地震动强度需求小，结构弹塑性位移循环总数多，且以小弹塑性位移循环为主的地震动作用特性。长周期地震动作用特性显著影响RC柱的强度与刚度退化规律，且对低等级混凝土、高轴压比、高纵筋配筋率和高体积配箍率构件的刚度退化影响更为显著。     

长周期地震动频谱特征周期研究

长周期地震动的频谱特性是影响长周期结构动力响应的重要因素,目前关于其频谱特征周期参数的研究尚有欠缺.根据长周期地震动的界定方法,选取65条远场长周期地震动和50条近场脉冲型地震动,计算各条地震动的10个频谱特征周期参数,通过分析各周期参数与长周期地震动低频特性指标的相关性和离散性,探讨合适的长周期地震动频谱特征周期表征...     

远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响

为研究远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响,开展了自复位高墩的缩尺模型振动台试验,得到了模型桥墩在远场长周期地震动和普通地震动作用下的墩顶位移和墩底弯矩等数据,并对已有的两弹簧数值分析模型的有效性进行了验证。以一座典型的桥梁为例,利用已验证的两弹簧模型基于OpenSees平台建立数值分析模型,进行了自复位高墩在远场长周期地震动下的地震反应分析,并与普通地震动结果进行了比较。结果表明:自复位桥墩在远场长周期地震动下仍具有较好的隔震性能,但远场长周期地震动会增大自复位高墩地震反应;自复位桥墩在远场长周期地震动下的墩顶位移和墩底提离位移及转角都明显大于普通地震动,而墩底弯矩则与普通地震动相差不大。在自复位高墩的应用中,需要注意远场长周期地震动带来的不利影响。     

长短周期地震波作用下钢框架结构的响应特性对比分析

作为一种特殊的地震动,长周期地震动对结构的危害已引起国内外学者的关注。选取10条KiK-net、K-NET台网中典型的长周期地震动,以及10条国内外的短周期地震动,对比分析两者时程特征和反应谱特征的差异。将所选长、短周期地震动输入钢框架结构模型;通过非线性时程分析,研究钢框架结构在长、短周期地震动作用下的响应差异。结果表明：短周期地震动的平均地面峰值加速度是长周期地震动的3.26倍,而平均地面峰值位移比长周期地震动低10.89%;短周期地震动作用下,钢框架结构顶点加速度响应平均值是长周期地震动的5.16倍,结构顶点位移响应平均值仅比长周期地震动多0.91%;长周期地震动作用下,钢框架结构层间位移角响应较大,结构底部受影响范围更广。对于长周期地震动隐患地区的高层钢框架结构,应对长、短周期震害分别进行考虑;对于中、长周期钢框架结构,建议选用峰值位移作为抗震分析指标。     

长周期地震动参数与隔震结构响应参数的相关性研究

从Chi-Chi地震动数据中选取20条近场长周期地震记录和20条远场长周期地震记录,再从汶川地震渭河地震动数据中选取20条远场长周期地震记录作为输入,研究各个地震动记录相对应的地震动强度参数及其之间的相关性,筛选出了适合于长周期地震动的地震动强度指标,采用Pearson相关系数对筛选出的地震动强度指标与隔震体系的隔震层位移响应之间的相关性进行分析。结果表明:①在近、远场长周期地震动作用下,中长周期隔震结构的隔震层位移响应与频谱特征参数的相关性比较好,在进行中长周期隔震结构的抗震性能研究时,PGD、Sd_avg及DSI与隔震结构的相关性较好,地震动强度指标在集集近场建议选取PGD和Sd_avg,集集远场建议选取DSI和D/V,渭河远场建议选取Sd_avg和DSI;②在强相关范围内考虑相关性的高低,近场和远场的长周期地震动强度指标建议分别选取PGD和DSI。     

远场长周期地震下基于规范设计隔震结构的抗震性能研究

隔震结构具有较长自振周期,且容易受地震动长周期特性的影响,因此其在长周期地震动作用下的抗震性能值得研究。以某基于规范设计的基础隔震结构为例,通过对该结构在规范规定地震作用和远场长周期地震作用下的地震响应进行分析和对比,研究长周期地震动对结构地震响应的影响;通过对钢筋和混凝土的损伤状态进行定义和标识,探讨长周期地震作用下基础隔震结构的损伤分布规律。研究结果表明,长周期地震动作用下隔震结构发生破坏的概率远大于具有相同峰值地面加速度的普通地震动,其中长周期地震动反应谱的谱峰值"后移"被认为是造成这种情况的主要原因,且长周期地震动作用下隔震结构的损伤分布并不均匀,其主要集中在结构的底层。     

汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析

汶川8．0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8．0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8．0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。     

台湾集集大地震及其余震的长周期地震动特性

用丰富的高质量数字强震记录对台湾集集大地震及余震的长周期地震动特性进行了研究. 本文主要研究了长周期地震动的强度随震级、距离及场地条件的变化情况；同时对近断层的长周期地震动特性进行了分析. 结果表明，集集大地震及余震的长周期地震动反应谱的形状主要受场地条件和震级控制（D+E类场地的反应谱要比B+C类的宽，震级大的反应谱要比震级小的宽），而受距离影响并不显著；近断层长周期地震动明显受断层活动特性影响:上盘的长周期地震动比下盘的强，北部的比南部的强.      

基于多尺度分析方法的近断层地震动特性分析

近断层长周期地震动是一类较特殊的破坏性地震动.为了深入探讨近断层地震动的低频分量组成及其脉冲特性,基于小波理论中的多尺度分析方法提出了一种地震动分量分解方法,据此可将一条地震动分解成频率各不相同的多条分量.首先从频域、时域以及动态响应三个方面阐述了该分解方法的有效性和精确性.进而采用这种方法对近期12次大地震中的53条典型近断层地震动进行了分解,共获得266条地震动分量.分析了近断层地震动中的长周期分量随场地、断层距等影响因素的变化特征;再以卓越分量作为最大脉冲的简化模型,探讨了速度幅值和脉冲周期随震级、断层距的变化关系.结果表明：近断层长周期地震动主要由周期为0.2~2 s的分量组成;近断层土层场地地震动中的长周期分量比岩石场地多;在0~15 km的近断层区域,随断层距的增加,地震动中长周期分量的比重明显减小;卓越分量的速度幅值PGV_p约为原始地震动速度幅值PGV的0.6倍,且两者之间具有明显的线性关系;PGV_p随断层距的增大而减小,随震级的增大而增大;卓越分量周期T_p随震级的增大呈对数线性增大趋势.     

一种有效的地震动速度时程时域特性分析方法

在分析特殊型地震动如近场脉冲型地震动或远场类谐和地震动时,研究和设计人员更关注于地震动的时域特性.鉴于目前尚不具有一种成熟的用于分析地震动时域特性的方法,在研究中通常采用肉眼辨别地震动.但在肉眼辨别的过程中并没有定量的指标描述地震动的特性,因此这种方法容易引入人为的主观性误差.地震动的时域特性主要指地震动的振动周期和强度随时间的变化情况.如有一种定量描述这种变化的方法便能消除肉眼辨别中引入的主观性误差.为解决该问题,本文提出了一种简便、有效的分析地震动速度时程时域特性的速度零点法ZVPM(Zero Velocity Point Method).采用这种方法可以定量地分析地震动速度时程的振动周期和强弱程度随时间的变化情况,并可以通过定义的幅值参数、周期参数和相位参数获取等效的地震动速度时程.鉴于脉冲型地震动对结构具有特殊的破坏作用,本文采用速度零点法分析了24条典型的强脉冲型地震动,并基于速度零点法提出了一种简便的脉冲周期计算方法.为便于工程设计人员快速地获取本文所选脉冲型地震动的等效速度脉冲,文中给出了每一条地震动等效速度脉冲的数学表达式.     

地震动参数在建筑物抗震设计中的应用

传统考虑后期使用年限的地震动参数研究,在建筑物抗震设计中的应用,缺乏地震危险性分析和建筑物损伤指数分析,应用性差。提出新的地震动参数在建筑物抗震设计中的应用方法,以地震危险性分析为基础,通过水平地震动加速度衰减关系方程,求得建筑场地水平向基岩峰值加速度和反应谱,以此得到地震动加速度反应谱方程,利用该方程获得地震动反应谱参数,采用变形和线性组合构建损伤指数模型,获取地震波作用下地震动参数对建筑物损伤程度。实验结果表明,利用所提方法得到的地震动反应谱最小误差为0.563,小于允许误差4.0;在50年超越概率63%的条件下地震动参数值分别为0.26、0.095,所提方法可在规定误差范围内得到地震动反应谱参数值,其进行建筑物抗震设计精度和应用性高。     

地震动永久位移对结构地震反应影响

本文推导了基于位移激励计算单自由度体系拟速度谱公式,通过构造的脉冲位移时程对公式精度进行了验证;之后利用小波变换去除强震记录噪声而保留地震动永久位移,再基于去趋势项方法和滤波方法去除永久位移后,计算拟速度谱。算例结果表明:短周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值与保留永久位移的位移激励拟速度谱值相差很小;中长周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值总体上小于保留永久位移的位移激励拟速度谱值,且不保留永久位移时,滤波方法引起的拟速度谱降幅大于去趋势项方法所引起的拟速度谱降幅。因此,基于位移激励计算中长周期结构的地震反应时,应保留地震动永久位移,或基于去趋势项方法去除永久位移。      

场地条件对地震动参数影响的关键问题

场地条件对地震动的影响很大,在地震动幅值（如峰值加速度）和频谱特性（如反应谱特征周期）的变化上均有体现,而我国现行抗震设计规范没有考虑不同场地条件下地震动峰值加速度和加速度反应谱平台值的变化。本文介绍了我国现行抗震设计规范中场地类别的划分方法、场地对地震动参数值的规定和存在的问题。详细分析了土层结构、覆盖层厚度等场地条件对地震动峰值加速度和反应谱的影响,以及已经取得的研究成果。最后,就场地分类、影响地震动参数的场地条件、地震动参数随场地条件调整的方法等,提出了有待进一步研究的问题。     

复杂场地条件下震源参数对断层附近长周期地震动的影响

基于显式有限元方法和运动学震源模型并利用昆明盆地三维地下构造模型,本文研究了震源参数对断层附近长周期地震动的影响.结果表明,断层的破裂方式、埋藏深度、破裂速度以及断层面上位错的不均匀分布对断层附近长周期地震动有重要影响.不同破裂方式下,破裂的方向性强的区域分布不同,由于破裂的方向性效应和复杂场地条件的共同作用,导致不同破裂方式的断层附近地震动分布差别很大.随着破裂速度的增加,方向性效应更加明显,断层附近的长周期地震动也随之增大;对于浅源地震,随着断层埋深的增加,地震动明显下降.对于埋藏深度很浅的断层,当Asperity靠近断层上沿时,会显著增大其在地表投影附近的长周期地震动.能否合理地估计这些基本震源参数,是预测未来发震断层周围地震动场的关键.     

近断层地震动场预测——以长春市为例

断层带附近地震动场分布的研究,是当前地震工程领域研究的热点问题之一。近断层地震动场的分布对在断层附近进行抗震结构设计时,不仅是提供地震动输入,也是确定建设场地避让范围的重要依据之一。以区域地震构造背景分析、目标断层活动性鉴定、地震危险性评价为基础,结合断层探测结果,利用统计经验关系等最终确定发震断层,并建立相应的震源模型。采用显式有限元和并行计算技术计算目标区域场地的长周期地震动。利用有限断层随机合成的方法,计算高频地震动。将低频和高频地震动合成为目标区域内的宽频带地震动时程。对局部特殊场地条件地区,基于场地调查和勘探的数据,利用等效线性化等方法进行一维土层的非线性反应计算,给出这些特殊场地的宽频带地震动时程。最后,根据地震动时程获得设定地震发生时,目标区域的峰值加速度分布预测图和相应的反应谱。以长春市为例预测了在设定地震发生时,近断层地震动场的分布情况。当长春尖山子—卡伦断层发生6.0级地震时,潜在破坏性地震动的影响范围集中在附近,沿断层走向分布。加速度峰值沿断层垂直变化,主要为90 Gal～140 Gal。只是在长春市南部加速度峰值达到200 Gal。本研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

Effect of seawater on incident plane P and SV waves at ocean bottom and engineering characteristics of offshore ground motion records off the coast of southern California,USA

The effect of seawater on vertical ground motions is studied via a theoretical method and then actual offshore ground motion records are analyzed using a statistical method. A theoretical analysis of the effect of seawater on incident plane P and SV waves at ocean bottom indicate that on one hand, the affected frequency range of vertical ground motions is prominent due to P wave resonance in the water layer if the impedance ratio between the seawater and the underlying medium is large, but it is greatly suppressed if the impedance ratio is small; on the other hand, for the ocean bottom interface model selected herein, vertical ground motions consisting of mostly P waves are more easily affected by seawater than those dominated by SV waves. The statistical analysis of engineering parameters of offshore ground motion records indicate that:(1) Under the infl uence of softer surface soil at the seafl oor, both horizontal and vertical spectral accelerations of offshore motions are exaggerated at long period components, which leads to the peak spectral values moving to a longer period.(2) The spectral ratios(V/H) of offshore ground motions are much smaller than onshore ground motions near the P wave resonant frequencies in the water layer; and as the period becomes larger, the effect of seawater becomes smaller, which leads to a similar V/H at intermediate periods(near 2 s). These results are consistent with the conclusions of Boore and Smith(1999), but the V/H of offshore motion may be smaller than the onshore ground motions at longer periods(more than 5 s).