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.     

基于抗震分析的长周期地震动的界定与选取

收集273条地震动信息并进行滤波处理,综合考虑地震动断层距、PGA、PGV/PGA及平均周期等地震动基本参数指标,对比其反应谱、傅里叶谱以及能量谱,归纳了近场脉冲、远场类谐和这2类特殊长周期地震动与近、远场普通地震动的界定标准;通过引入能量持时占比及地震动长周期分量能量占比等频谱参数,用于复核长周期地震动界定结果。结果表明:长周期地震动的反应谱衰减速率慢,在长周期段的谱值大于普通地震动;长周期地震动具有能量大且集中于低频区域的特点。     

近场地震动特性及其弹性与塑性谱的研究

结构在近场地震动作用下的反应和远场地震动作用下的明显不同,这主要是由近场地震动高能量的速度脉冲等特征决定的。通过对110条近场地震动记录的分析．得到了相应的弹性反应谱,并通过对近场地震动和远场地震动作用下结构塑性分析进行对比．得到了以下结论：近场地震动作用下结构的弹性反应谱与规范谱明显不同,尤其在长周期阶段,表明规范谱值偏小;近场地震动作用对结构提出了更高的强度和变形需求。     

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.      

长周期地震动作用下RID-巨-子结构消能控制体系减震性能研究

为了验证旋转惯容阻尼器(RID)对巨-子结构体系在长周期地震动作用下的减震效果,基于强震动观测数据比较了近断层速度脉冲型地震动和远场类谐和地震动这两类长周期地震动的特点,通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程,对比分析了两类长周期地震动对RID-巨-子结构消能控制体系和巨-子结构抗震体系地震响应的影响差异。结果表明,相对于巨-子结构抗震体系,RID-巨-子结构消能控制体系能有效减小结构体系在长周期地震动作用下的地震响应,减震效果明显。     

长周期地震动衰减关系研究的迫切性

通过对长周期震害及长周期地震动研究的历史进行回顾指出,目前,大多数反应谱的周期还不够长,反应谱所反映的谱形与距离、震级和场地条件的关系还很有限,长周期地震动的研究仍需要不断完善,未来的长周期地震动的研究应注重软土场地的大震远场效应。     

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。     

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。     

近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征

显著的竖向地震动是近断层地震动区别于远场地震动的重要特征之一,为更合理地确定竖向地震动作用,研究了近断层区域竖向地震动的反应谱特征及其与水平向反应谱比值的影响因素.首先,选取1952—1999年世界范围内震级在M5.4—7.6之间的18次地震的地震动记录,研究竖向地震加速度反应谱及其与水平向加速度反应谱比值特征;然后统计分析了断层距、场地条件、震级以及断层机制对竖向与水平向加速度反应谱比的影响.结果表明,一般情况下竖向加速度具有更丰富的短周期分量,并且竖向加速度反应谱衰减较慢;断层距在20km以内的近断层区域、软弱土层场地、中等震级地震和逆断层大震级中长周期范围等条件下,具有较大的竖向与水平向加速度反应谱比值;在近断层区域的结构抗震设计中应充分考虑竖向地震动的影响.     

近断层速度脉冲的地震动特性研究

在搜集了大量近断层具有速度脉冲的记录后,对有速度脉冲和无速度脉冲的记录的反应谱和特征周期进行了对比,将近断层记录的反应谱与我国规范标准反应谱进行了比较, 还将各次地震有速度脉冲记录的反应谱和特征周期与规范标准谱及规范给出的特征周期进行了比较. 通过比较可知,在长周期段（大约在1.5 s以后）,有速度脉冲记录的反应谱值要比无速度脉冲记录的反应谱值大;计算特征周期时,对于近断层记录,T1和T2有后延的趋势, 采用不固定频段的方法计算更加合理; 无论是相对我国规范的Ⅰ类还是Ⅱ类场地, 有速度脉冲记录的特征周期比规范中给出的值都要大,均在规范值的2倍以上.      

基于分解方法的脉冲型地震动非弹性反应谱分析

本文旨在分析脉冲型地震动中不同频率的地震动分量对于原始地震动幅值及其非弹性反应谱的影响.首先以近期12次大地震的53条典型脉冲型地震动为数据基础,基于多尺度分解方法获取脉冲型地震动中的高频分量和低频分量.为与传统方法对比,本文获取了能够表征地震动脉冲特性的卓越分量及滤除卓越分量的剩余分量.然后对比分析原始地震动和4种地震动分量的幅值特征和非弹性反应谱的特性,以讨论地震动分量对原始地震动幅值参数及其非弹性反应谱的影响.最后结合简谐地震动模型和地震动分量的性质,讨论脉冲型地震动非弹性反应谱诸多特征的产生原因.分析发现,低频分量不仅是控制脉冲型地震动速度和位移幅值的主要因素,其对原始地震动的加速度幅值也具有不可忽略的影响.低频分量也是导致脉冲型地震动非弹性位移比谱偏大以及强度折减系数谱偏小的直接原因,从而造成结构在脉冲型地震动作用下需要具有更大的非弹性位移以及更高的强度需求.     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

地铁隧道群对地震动的放大作用

本文采用有限元方法在时域内研究了基岩上均匀场地中隧道群对地震动的放大作用,分析了隧道间距、人射地震波频谱等因素对隧道群附近地表地震动反应谱的影响.研究表明,隧道群对地震动具有显著的放大作用,放大作用的大小与隧道间距和人射地震波频谱有着密切关系;隧道之间存在相互作用,加速度峰值的最大值多大于单隧道情况,且水平加速度峰值的...     

A stochastic model of the Fourier phase of strong ground motion

ＡｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｐｈａｓｅｏｆｓｔｒｏｎ　ｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎＺｈｅｎ－ＰｅｎｇＬＩＡＯ；（廖振鹏）ａｎｄＸｉｎｇＪＩＮ（金星）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＳｔａｔｅＳ...     

In-plane response of two-story structures to near-fault ground motion

Linear and non-linear responses of a two-story structural model excited by near-source fault-normal pulse and fault-parallel displacement are investigated. For the considered linear system, the multi-component differential-motion effects amplify the first-story drifts 3.0–4.0 times relative to the excitation by synchronous horizontal ground motion only. The contribution of horizontal differential ground motion to the total drift is about two thirds, and the contribution of vertical and rocking differential ground motions is about one third. For the considered nonlinear system, the effects of vertical and rocking differential ground motions become more significant for the second-story drifts. The horizontal differential ground motion amplifies the first-story drifts, but the simultaneous action of horizontal, vertical, and rocking differential ground motions can amplify the first- and second-story drifts by more than 2.0 times relative to the drifts computed for uniform horizontal ground motion only.     

Study on the severest real ground motion for seismic design and analysis

How to select the adequate real strong earthquake ground motion for seismic analysis and design of trucures is an essential problem in earthquake engineering research and practice.In the paper the concept of the severest design ground motion is proposed and a method is developed for comparing the severity of the recorded strong ground motions.By using this method the severest earthquake ground motions are selected out as seismic inputs to the structures to be designed from a database that consists of more than five thousand significant strong ground moton records collected over the world.The selected severest ground motions are very likely to be able to drive the structures to their critical response and thereby result in the highest damage potential.It is noted that for different structures with diffferent predominant natural periods and at different sites where structures are located the severest design ground motions are usually different.Finally.two examples are illustrated to demonstrate the rationality of the concept and the reliability of the selected design motion.     

Seismic ground motion relationships in southern China based on stochastic finite-fault model

The characteristics of seismic ground motions in southern China are difficult to determine statistically due to a lack of strong ground motion data. In this study, a stochastic finite-fault ground motion model was adopted to simulate the seismic ground motions at bedrock for southern China, based on parameters derived from small and medium earthquakes that have occurred in the region. From these, the response spectra was estimated. A set of ground motion attenuation relationships was then developed based on simulated peak ground motions and response spectral parameters through regression, which would be applicable for use in engineering practice. Through comparisons, it was demonstrated that the proposed ground motion relationships are generally consistent with those obtained from other reported ground motion attenuation models for southern China.     

SEISMIC GROUND MOTION SYNTHETICS OF THE 1989 LOMA PRIETA EARTHQUAKE

A discrete wave number approach in conjunction with a propagator-based formalism is used to synthesize the Loma Prieta earthquake ground motion at both the near and the far field, taking into account all kinds of seismic waves (body and surface). A bilaterally propagating shear slip over a rectangular fault is used to describe the seismic source mechanism, while the earth model is based on geological profiles of the Santa Cruz mountain area and consists of three layers overlaying a half-space. The synthesized ground motion is first compared with actual records from the Loma Prieta earthquake and the agreement between the two is found to be satisfactory, as far as magnitude, duration and essential wave form characteristics are concerned. Then, ground motions are synthesized and plotted at a dense grid of observer locations over a large area around the epicenter, at different time instants. Using such plots, it is possible to study the generation ana propagation of different kinds of seismic waves, the spatial variability of ground motion, as well as the development of the permanent gound deformation.     

汶川地震近场加速度基本参数的方向性特征

以2008年5月12日的Ms8.0级汶川地震强震记录为基础,根据场地条件和断层距,选取198组三分量近场加速度记录,按照台站相对于破裂传播方向的位置将其划分为破裂前方和破裂后方两类场点.为了考虑破裂传播的方向性和地震辐射图对地震动不同分量的影响,将每组地震动的两个正交水平分量旋转成为垂直断层走向和平行断层走向的分量,然...     

基于EMD和VARMA模型的地震动仿真

通过EMD方法将地震动分解成若干固有模态函数,提出了用固有模态函数的时变VARMA建模实现地震动仿真的思路。算例分析表明,该方法充分利用了固有模态函数的特性,解决了直接基于ARMA或VARMA模型建模的仿真方法所面临的模型判阶的难题,并可同时考虑地震动的强度和频率非平稳特性,使仿真地震动与实际地震动在能量时频分布特性上具有较好的一致性且样本统计性较好,弹性及弹塑性反应谱拟合精度较高。