近断层脉冲型地震动功率谱特性分析

计算分析了近断层脉冲型和无脉冲地震动的功率谱特性。与远场地震动相比,近断层脉冲型地震动的功率谱峰值最大,且在低频处能量集中,符合其长周期分量丰富和幅值大的特点;无脉冲地震动的功率谱峰值次之,对应的卓越频率大于脉冲型地震动功率谱的卓越频率,但仍小于远场地震动功率谱的卓越频率。建立了一种新的功率谱模型以拟合近断层地震动的平均功率谱,并得到了谱强度因子关于震源幅值系数、传播介质衰减系数和震中距的表达式。最后,从新的视角对近断层和远场地震动功率谱卓越频率产生差异的原因进行了诠释。     

汶川地震动弹性和弹塑性反应谱分析

利用汶川地震获得的数字强震记录研究了汶川近场无速度脉冲、近场含速度脉冲和远场(盆地效应)地震动的弹性和弹塑性反应谱,后者包括等延性强度折减系数谱Rμ、等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR.与相同场地条件PEER近场无速度脉冲、集集近场含速度脉冲地震动的谱进行了比较.汶川近场含速度脉冲地震动的弹性反应谱在0.2～0.8s周期内明显偏小,而它的弹塑性反应谱在短周期段(0.1 ～0.4 s)与汶川近场无速度脉冲地震动谱差别不大,但等延性强度折减系数谱Ru要大于集集地震含速度脉冲地震动的谱,而等延性位移比谱Cu和等强度折减系数位移比谱CR则小于集集地震动情况,此后随周期增长(至0.6 ～1.Os后)它们都逐渐过渡至与集集地震动的谱相当.汶川远场(盆地效应)地震动的弹性反应谱具有较宽并随周期缓慢增长的平台值和较长的特征周期,可达1.7s及以上.提出了远场(盆地效应)与近场地震动的弹性反应比谱和弹塑性位移比谱的概念.     

基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

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.     

特殊长周期地震动的参数特征研究

近断层脉冲型地震动和远场软土层场地类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,当前的规范均很少对这两类地震作用进行具体的规定。研究了近断层脉冲型和远场类谐和地震动的幅值、幅值比（V／A,D／V）、傅里叶幅值谱和反应谱的差别,分析了相位角和作用循环周期数对简单脉冲的影响,并用于解释两类特殊地震动的工程特征。以集集地震动为数据基础,分析了两类长周期地震动的傅里叶谱和反应谱特征;将平均加速度和位移规准反应谱分别与规范设计谱进行了比较。建议设计谱在长周期段考虑近断层作用和软土场地面波效应的影响。     

考虑脉冲参数随机性的近断层地震动降维建模

根据50组近断层脉冲型强震动记录,采用连续小波变换提取最强速度脉冲分量,建立最强速度脉冲峰值时刻的统计模型。对近断层地震动加速度高频分量的演变功率谱模型参数进行识别,并利用谱表示-随机函数方法实现了降维模拟,进而积分得到速度高频分量。对脉冲参数进行随机化处理,并采用改进Gabor小波模型随机模拟速度低频分量。将速度高频分量与低频分量叠加得到近断层地震动速度时程。数值算例表明,近断层地震动加速度代表性时程集合的幅值谱和反应谱均与实测记录拟合一致,验证了降维模拟方法的工程适用性。近断层脉冲型地震动的降维模拟与概率密度演化理论相结合,可实现工程结构的随机地震反应与抗震可靠性精细化分析。     

集集地震近断层地震动频谱特性

利用5个反映地震动频谱特征的周期(反应谱卓越周期Tp, 平滑化反应谱卓越周期To, 傅氏幅值谱平均周期Tm, 等效速度脉冲周期Tv和拟速度反应谱卓越周期Tpv), 对集集地震的近断层三分量地震动进行研究. 结果表明, 上盘地震动的频谱周期小于下盘地震动; Tp小于To和Tm, 且Tp反映的三分量之间的关系与To和Tm不同; 在地表断裂带的北端,Tv和Tpv所反映的近断层地震动长周期分量的频谱特征, 与走滑断层中方向性效应作用的规律相类似. 得出的定性或定量结论可以为近场抗震设计谱的建立与地震危险性区划研究提供参考.      

基于EMD与地震弹性反应谱的长周期地震动鉴别方法研究

通过对20条远场类谐和地震动、20条近场类长周期地震动及10条普通地震动的弹性反应谱分析得出:长周期地震动与普通地震动在低频成分、加速度峰值、卓越周期几方面有较大差异。通过Hilbert-Huang变换理论中的经验模态分解,对典型的普通地震波与近远场长周期地震波进行分解后重组。分析比较重组后分量时程与原时程位移谱的拟合程度得出结论:长周期地震动重组后分量时程与原时程位移谱的相关系数大于0.8;普通地震动的重组后分量时程与原时程位移谱的相关系数小于0.8。由此提出一种定量区分长周期地震动与普通地震动的方法,为界定长周期地震动提供依据。     

基于Hilbert-Huang变换的长周期地震动能量时频分布比较研究

远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是两种不同类型的长周期地震动,确定其能量的时频分布特性对理解长周期地震动作用下长周期结构的反应特点及揭示结构破坏机理具有重要意义.各选10条远场类谐和地震动、近断层脉冲型地震动与普通地震动,利用Hilbert-Huang变换,提取出各地震动的3-D Hilbert幅值谱、边际谱、Hilbert能量谱与瞬时能量曲线,在此基础上提出累积能量谱、强频段、能量时间分布系数等概念,定义了多个指标对比分析三类地震动的长周期特性、宽频带特性和脉冲特性.结果表明:与普通地震动相比,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的能量主要集中于较低的频段,长周期特性明显,且远场类谐和地震动的能量集中频段低于近断层脉冲型地震动;远场类谐和地震动的强频段宽度小于其他两类地震动,且能量在强频段内的分布比其他两类地震动均匀;与其他两类地震动相比,远场类谐和地震动的脉冲特性不明显;三类地震动的卓越频率与能量时间分布系数均存在明显的分布规律,可以作为地震动的能量表征参数.     

长周期地震动低频脉冲特性及反应谱分析

综合考虑远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动三类长周期地震动,对比分析不同类型长周期地震动的峰值与持时特征、低频特性、脉冲特性及反应谱特征,并探讨中、美、日、欧抗震设计谱在考虑长周期地震动影响方面的适用性。结果表明:长周期地震动的峰值、持时及反应谱特征明显区别于普通地震动,且三种长周期地震动之间亦存在显著差异;长周期地震动均具有低频脉冲特性,但不同类型长周期地震动在频域与时域内的能量分布规律不同;现行中、美、日、欧抗震设计谱均未综合考虑三类长周期地震动的影响,亟需开展综合考虑三类长周期地震动影响的抗震设计谱研究。     

Study on inelastic displacement ratio spectra for near-fault pulse-type ground motions

In displacement-based seismic design, inelastic displacement ratio spectra (IDRS) are particularly useful for estimating the maximum lateral inelastic displacement demand of a nonlinear SDOF system from the maximum elastic displacement demand of its counterpart linear elastic SDOF system. In this study, the characteristics of IDRS for near-fault pulse-type ground motions are investigated based on a great number of earthquake ground motions. The in? uence of site conditions, ratio of peak ground velocity (PGV) to peak ground acceleration (PGA), the PGV, and the maximum incremental velocity (MIV) on IDRS are also evaluated. The results indicate that the effect of near-fault ground motions on IDRS are signifi cant only at periods between 0.2 s - 1.5 s, where the amplifi cation can approach 20%. The PGV/PGA ratio has the most signifi cant in? uence on IDRS among the parameters considered. It is also found that site conditions only slightly affect the IDRS.     

脉冲型近断层地震动作用单自由度体系响应分析

近断层前方向性效应地震动含有高幅值,短持时的速度脉冲,与远场地震动相比存在显著差异。本文根据所选取的40条近断层地震波记录,用小波分析方法将原始记录分解为脉冲波部分和高频波部分,对弹性和非弹性单自由度体系进行分析,得出了以下结论:对于弹性体系,大约0.484倍的速度脉冲周期可以作为临界周期,脉冲波部分将对固有周期大于临界周期的结构的响应起主导作用,反之,高频波部分将会产生显著影响;对于非弹性体系,仅仅用等效速度脉冲方法模拟近断层地震动的计算精度将会受到延性系数?的影响,随着延性系数的增加,脉冲波部分满足精度要求的结构固有周期范围将明显缩小,并且向较低周期范围偏移;仅用等效速度脉冲模型来模拟近断层地震动具有一定的局限性。     

近断层脉冲型地震动的模拟方法

近断层地震动的向前方向性效应和永久地面位移效应导致其速度时程表现为长周期、大峰值的速度脉冲，其位移时程表现为阶跃型脉冲. 针对这些特点，同时考虑向前方向性效应和永久地面位移效应，提出了一种简单的、连续函数形式表达的等效速度脉冲模型. 在该模型中，包含描述速度脉冲周期、峰值和形状的5个待定参数，方便了实际脉冲型地震记录的拟合及模拟. 等效速度脉冲模型只包含单一的频率成分，不能反映脉冲型地震记录的高频成分. 根据对11次地震28条地震记录的分析， 速度脉冲的频率一般小于1Hz. 因此， 在模拟脉冲型地震记录的方法中，分别模拟低频脉冲成分和高频成分，并将两者叠加生成近断层脉冲型地震动的模拟时程.      

双向地震动作用的拟等延性系数谱

首先建立了以强度折减系数表述的恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统(它在2个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度)在双向地震动作用下的归一化运动方程。然后引入单向地震动作用下等延性系数的强度折减系数谱,给出了双向地震动作用的拟等延性系数谱(定义为系统分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比)最后通过硬土场地10组双向地震动记录拟等延性系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、位移延性系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响。结果表明,双向地震动作用与单向地震动作用相比主要增加结构较长周期方向的最大位移反应。若在基于位移的抗震设计中降低结构较短周期方向的设计位移延性系数,可在一定程度上降低双向地震动的不利影响。因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大。     

An alternative construction of normalized seismic design spectra for near-fault regions

This paper presents a methodology for constructing seismic design spectra in near-fault regions.By analyzing the characteristics of near-fault pulse-type ground motions,an equivalent pulse model is proposed,which can well represent the characteristics of the near-fault forward-directivity and fling-step pulse-type ground motions.The normalized horizontal seismic design spectra for near-fault regions are presented using recorded near-fault pulse-type ground motions and equivalent pulse-type ground motions,which are derived based on the equivalent pulse model coupled with ground motion parameter attenuation relations.The normalized vertical seismic design spectra for near-fault regions are obtained by scaling the corresponding horizontal spectra with the vertical-to-horizontal acceleration spectral ratios of near-fault pulse-type ground motions.The proposed seismic design spectra appear to have relatively small dispersion in a statistical sense.The seismic design spectra for both horizontal and vertical directions can provide alternative spectral shapes for seismic design codes.     

Characterization of forward-directivity ground motions in the near-fault region

Ground motions close to a ruptured fault resulting from forward-directivity are significantly different than other ground motions. These pulse-type motions can place severe demands on structures in the near-fault region. To aid in the characterization of these special type of ground motions, a simplified parameterization is proposed based on a representative amplitude, pulse period, and number of significant pulses in the velocity–time history. Empirical relationships were developed for estimating the peak ground velocity (PGV) and period of the velocity pulse (T_v) of available forward-directivity motions. PGV in the near-fault region varies significantly with magnitude and distance. Additionally, the PGV for soil sites are systematically larger than those at rocks sites. T_v is a function of moment magnitude and site conditions with most of the energy being concentrated within a narrow-period band centered on the pulse period. Hence, lower magnitude events, which produce lower pulse periods, might produce more damaging ground motions for the stiff structures more common in urban areas.     

Simulation method of near-fault pulse-type ground motion

Introduction With the development of the economy of China, it is possible to build large-span bridges, pipelines, dams and other lifeline structures in the seismically active regions or through the active faults. In addition, some isolated and energy diss…     

脉冲型地震动潜在破坏势参数的相关性分析

为了在众多参数中挑选其中最有代表性的参数,来解释和反映脉冲型地震动对结构的潜在破坏能力,以338条脉冲型地震动记录作为研究对象,分析地震动参数与中低层结构响应的相关性。选取了14个常用地震动参数,对各地震动参数之间的相关性进行分析,从中选出7个代表性地震动参数;并将脉冲型地震动输入中低层结构模型中计算结构响应,分析代表性地震动参数与结构响应的相关性,与基于非脉冲型地震动的相关性计算结果进行对比。选用了3层和7层2个RC框架结构作为中低层结构代表,其基本周期为0.62s和0.89s。结果表明:对于脉冲型地震动,对于3层结构时与结构响应相关性最好的为EPV,对于7层结构时与结构响应相关性最好的为PGV,因此可以用PGV和EPV作为表征脉冲型地震动对中低层结构潜在破坏能力的参数;而对于非脉冲型地震动,与结构响应相关性最好的参数为PGV,可以用PGV作为表征脉冲型地震动对中低层结构的潜在破坏能力的参数。因此,通过地震动参数来解释和表征脉冲型地震动对结构的破坏能力是可行的。