地震动累积绝对速度相关参数研究进展与分析

核电厂和一些重要的工程结构遭遇地震时,采用合理的地震动阈值作为报警和关停的,可以有效减少工程结构破坏引起的风险。研究介绍了累积绝对速度(CAV)等相关变体参数的定义及其来源背景,论述了相关参数在地震工程研究中的应用。选取集集地震和汶川地震的地震动和烈度数据,探讨了CAV与结构破坏之间的关系,分析了峰值地震动加速度(PGA)和标准累积绝对速度(CAV STD)与烈度的相关性,以及表征结构初始破坏阈值的合理性。结果表明CAV STD和PGA均与烈度有正相关性,不同的地震,同一烈度对应的平均PGA和平均CAV STD有较大差异,而且烈度7度区的PGA和CAV STD作为判别结构初始破坏的阈值的可靠性较强。     

场地PGA放大系数与场地特征参数相关性及地震动快速评估方法研究

场地地震动PGA放大系数是重大工程地震预警、烈度速报技术及结构抗震设计地震动输入的基础。搜集整理日本Kik-net台网239个Ⅱ场地台站的地震记录,以场地覆盖层厚度D、场地特征周期T、场地v_(s30)以及场地等效剪切波速v_(se)为场地特征参数,以井下记录PGA为地震动强度指标,研究场地PGA放大系数F_(PGA)与场地特征参数之间的相关性;以地表PGA值40 Gal作为预警阈值,采用回归决策树CART方法建立了地震预警的特征参数组合标准。分析结果表明:场地F_(PGA)与场地覆盖层厚度D及场地特征周期T负相关,与场地vs30正相关,与vse相关性可忽略;F_(PGA)与场地特征参数的相关性随着场地地震动强度增大而增大;通过搜集的地震数据对基于CART分类方法建立的场地地震动预警参数指标进行回判检验,检验的总体成功率达到90.09%,其中不预警的成功率为93.64%,预警成功率82.68%。虽然地震动快速评估方法总体成功率达到90%以上,但仍存在5.61%偏于危险的"漏判",所以本文方法仍需要进一步的改进和完善。     

2020年10月22日四川北川MS4.7地震强震动特征分析

2020年10月22日11时03分37秒四川省绵阳市北川县发生MS4.7地震,四川强震动台网与预警烈度速报台网在震区建成较密集的台站,获取了532组三分量加速度记录,有助于开展区域地震动衰减和地震动特征研究.本文对强震记录进行常规处理后计算出强震动记录的相关参数,利用克里金插值方法得到地震动峰值加速度PGA和峰值速度PGV的空间分布图,长轴呈北西—南东方向.分析强震动记录PGA、PGV随距离的衰减规律,与常用衰减关系预测值进行对比,此次地震PGA的衰减特性与俞言祥和汪素云(2006)提出的中国西部地区水平向基岩加速度衰减关系有较好的一致性.北川MS4.7地震获得的密集强震动记录为建立区域衰减关系,以及开展基于经验格林函数方法(EGFM)再现大震强地震动场展布等研究提供了重要的数据支撑.     

强震动记录选取中目标谱的研究及应用

随着强震动观测技术的发展,强震动观测数据的累积推动了结构抗震设计理论的发展。目前,在许多国家的抗震规范中都将结构动态时程分析方法列为静态设计方法的必要补充,但对于高层建筑、大跨结构等特殊结构形式及重要建设工程,要求强制使用动态时程分析方法。我国结构抗震设计规范及相关标准关于强震动记录选取的规定过于笼统,结构设计人员在面对大量强震动记录数据时缺乏明确的选取依据。本文搜集整理了国内外现有强震动记录数据,通过对地震参数的统计,提出基于场地类型的改进反应谱谱值相关系数经验公式,并将其应用于条件均值反应谱(conditions mean spectrum,CMS)的建立。同时,本文基于地震动衰减关系建立地震信息与抗震设计参数的对应关系,将其作为匹配规范标准谱选波方法的筛选依据,进而明确了抗震规范中强震动记录选取的初选条件。研究中发现,规范标准谱不宜作为谱形匹配选取强震动记录的目标谱,因此,提出两种建立合理目标谱的方法:一是基于地震动衰减关系建立PGA目标谱;另一是基于地震参数建立EPA均值目标谱。最后探讨了在地震安全性评价工作中实际强震动记录的选取及应用。本文主要研究内容及结论如下:(1)通过对20 000余条强震动记录的地震动参数进行分析,发现记录的加速度、速度及位移峰值和反应谱谱值的相关系数的分界周期点随着场地条件而变化,并提出基于场地类别改进反应谱谱值相关系数经验公式。改进后的反应谱谱值相关系数经验公式改善了目标谱的场地特征,使其更符合场地条件的要求。(2)针对抗震设计规范中关于强震动记录选取的相关条款,提出强震动记录选取的基本原则和具体方法,为完善相关规定提供参考依据。针对一般建设工程,依据地震动加速度峰值(PGA)衰减关系,提出同等设防PGA目标值对应的地震参数范围,建立断层距和地震设计分组的对应关系,进而确定强震动记录选取的初选条件。讨论了结构响应和强震动记录反应谱谱值的关系,以典型框架结构为例确定匹配周期范围。结构位移反应与强震记录反应谱相关性分析表明,两者在结构自振周期前后相关关系最为显著,距离自振周期越远的反应谱值与结构反应的相关系数越小。基于以上分析,建立了选取强震记录的基本原则:以距离和场地条件作为强震动记录选取第一限制条件。根据结构自振周期确定匹配规范标准目标谱周期范围,建议的匹配周期范围为0.4T1~1.5T1,最后由实际记录与规范标准谱在匹配周期范围内的均方差由小到大的顺序选取记录,记录的放缩系数限定在0.2~4.0之间。(3)本文基于地震动衰减关系,建立PGA目标谱并匹配目标分布的强震动记录的选取方法。对于未进行地震安全性评价,无法提出地震参数的一般建筑工程拟建场地,先利用PGA衰减关系,确定同等PGA目标值下的震级和距离,再代入加速度反应谱衰减关系,确定与PGA目标值对应的反应谱即为PGA目标谱。PGA目标谱不仅是确定的均值谱,而且具有概率含义。PGA目标谱的分布及概率特性反应了地震动的不确定性,进而为结构反应的离散性提供了一个合理的参考范围。(4)本文按场地条件和断层距将现有强震动记录数据分组,建立EPA均值目标谱。通过将EPA均值谱、PGA目标谱和规范标准谱进行比较,EPA均值谱与PGA目标谱谱形相似均具有良好谱形,匹配效果优于规范标准谱。建议规范标准谱作为强震记录选取的目标谱时,需要:(1)增加特征周期;(2)减小地震设计分组1、2组,场地类型为I类场地和II类场地的中长周期段反应谱值。(5)探讨了地震安全性评价工作中强震动记录的选取,结合不同等级的工程场地地震安全性评价,提出与之相适应的强震记录选取的基本方法及原则,建议如下:(1)I级安评的工程场地,采取基于设定地震的强震动记录选取方法。首先根据设定地震确定地震参数的初选条件,然后以场地设计谱作为目标谱,匹配场地设计谱选取记录。(2)II级和III级安评的工程场地,采取建立条件均值目标谱的方法。即以场地设计谱上结构特征周期点对应的加速度反应谱值为条件,利用设定地震的震级和距离等基于加速度反应谱衰减关系建立条件均值目标谱,并采取匹配条件均值目标谱分布的方法选取强震动记录。(3)Ⅳ级安评的工程场地,根据目标PGA值,采取PGA目标谱的方法选取强震动记录。     

我国核电厂厂址特定地震动特征分析

本文介绍了我国核电厂地震安全性评价及抗震设计中涉及的法规、标准和导则中关于设计地震动参数确定的技术背景和要求.基于近些年来我国开展的核电厂厂址可行性研究阶段地震安全性评价工作的结果,分析了一些潜在厂址特定地震动反应谱特征及其与规范标准反应谱的差异,探讨了规范反应谱对我国核电厂工程的适用性问题.     

面向地震烈度仪的现地地震动预测模型的构建与验证

利用初期P波预警参数构建现地地震动预测模型,使其在达到设定阈值时快速发出报警信息,是现地地震预警系统面临的一个关键问题,直接关系到发布信息的准确性和及时性。针对地震烈度仪基于微机电系统传感器记录到的数据质量较差,通过两次积分获取的位移存在较大偏差,会引起更多的误报和漏报,本文采用不同阶数（1—4阶）的巴特沃斯滤波器,分别构建了基于P波3 s和全P波段数据的位移幅值PD、速度幅值PV和加速度幅值PA与地震动峰值速度PGV和峰值加速度PGA的现地地震动预测模型,然后利用收集到的川滇示范预警网地震事件记录进行验证。结果表明,对于地震烈度仪微机电系统传感器的记录,采用1阶巴特沃斯滤波器处理、基于全P波段波形拟合获取到的PV与PGV的相关性和PA与PGA的相关性为两种最优现地地震动预测模型。具体应用时,应同时利用两种或两种以上的统计关系进行现地地震动预测,并将实际地震动观测值作为额外的判定条件,以降低误报率和漏报率。      

为新区划图编制所建立的地震动衰减关系

介绍了建立新一代地震区划图所采用的地震动参数衰减关系的总体思路,并从资料、衰减关系分区、衰减关系模型、回归方法、转换等方面说明了地震动参数衰减关系的建立过程,给出了我国分区地震烈度和地震动参数衰减关系结果。新的地震动衰减关系的建立,具有如下特点:一是基于更加丰富可靠的强震记录和烈度资料;二是采用了具有大震近场饱和特征的地震动衰减模型;三是采用了使结果更加稳定的分步回归方法;四是在地震动衰减关系分区时考虑了地震活动性特征。与第四代地震区划图衰减关系相比,由于地震动衰减模型的变化和高震级强震记录的增加,高震级下的峰值加速度有所降低,而中强地震区的峰值加速度则在低震级时有所提高。     

中国核电厂抗震裕度地震谱形问题探讨

福岛核事故后,地震作为初始事件引发核电厂严重事故的问题引起了广泛关注。在此背景下,中国核电厂相继开展了抗震裕度评价,但在评价中选用了不同的地震谱形。基于美国针对早期运行核电厂开展的抗震裕度评价方法和中国核电厂址的地震危险性背景分析,对比了中美两国核电厂抗震设计基准的差异,针对中国目前的情况,建议优先对采用二代加堆型的运行电厂进行抗震裕度评价。通过将RG1.60谱与归一化厂址特定SL-2级加速度反应谱进行对比分析,发现部分核电厂址反应谱谱形在高频部分超过了RG1.60谱,对于这类厂址,直接放大标准反应谱作为抗震裕度地震是不恰当的。对于采用二代加堆型的核电厂,选择了某个厂址特定SL-2级地震动与标准设计比较接近的核电厂址进行了分析,采用不同方法确定其抗震裕度地震,结果表明0.3g标定的NUREG0098中值谱在平台段和长周期部分明显低于相同PGA水平的一致概率谱和设定地震谱,三者都能被0.3g标定的RG1.60谱所包络。考虑到中国运行电厂的抗震设计特点,为了评价核电厂实际抗震能力相对于厂址的抗震安全裕度,可以采用一致概率谱或设定地震谱;为了评价二代加运行核电厂实际抗震能力相对设计基准地震动的抗震安全裕度,建议采用给定PGA标定的RG1.60谱。     

与观测方向无关的水平地震动参数计算方法

强震动记录的使用通常不考虑观测方向对于水平地震动参数计算的影响。文中以2008年汶川Ms8.0级地震中绵竹清平台获取的强震动记录为研究对象,对记录进行水平向旋转以模拟观测方向的变化,分析水平向峰值加速度PGA、峰值速度PGV、相对持时DR、绝对持时DA及谱加速度PSA随观测方向的变化情况。结果表明,PGA、PGV及PSA的计算较大依赖于观测方向,而DR和DA则受观测方向影响较小。为此文中提出了一种与观测方向无关的水平地震动参数计算方法,对于计算诸如PGA、PGV等与周期无关的地震动参数时不考虑周期独立;而对于计算诸如PSA等与周期有关的地震动参数时考虑周期独立。     

芦山地震强地面运动之阿里亚斯强度及Newmark位移特征研究

本文以芦山地震强地面运动记录为基础资料,研究了阿里亚斯强度和Newmark位移两个地震动参数的空间分布特征、衰减特征以及与其它地震动参数的相关性。研究结果表明:阿里亚斯强度的空间分布与地震断层空间展布和地震破裂方向具有相关性;阿里亚斯强度与峰值加速度（PGA）有较好的相关性,场地条件对二者的相关性具有显著影响,PGA相同时,场地越软,阿里亚斯强度越大;震级也是影响阿里亚斯强度与PGA相关性的重要因素,PGA相同时,震级越大,阿里亚斯强度也越大;Newmark位移与PGA和阿里亚斯强度均具有较好的相关性,与阿里亚斯强度的相关性更强,相关系数可达0.94以上。研究还表明,现有模型不能较好地描述芦山地震的阿里亚斯强度和Newmark位移衰减特征,这说明了芦山地震在持时和破裂过程上的特殊性。芦山地震的特殊性揭示了我国西部地震地质构造环境与其它地区有显著差异,因此应该研究适用于我国西部地区地震的地震动参数预测方程。本文的研究结果对我们从更多方面了解地震动特性以及我国地震灾害的预测预防具有重要的科学意义和应用价值。      

2021年青海玛多7.4级地震强震动记录及特征分析

2021年5月22日,青海省果洛州玛多县发生7.4级地震,中国强震动观测网络在主震中捕获16组强震动数据。对48条三分向加速度记录进行基线校正、滤波等常规处理,计算相应的地震动参数,发现位于断层破裂前向位置的63DAW台NS向记录的地震动速度波形具有长周期分量丰富的特征。分析6个典型台站的单自由度加速度反应谱,并与我国建筑抗震设计谱比较,分析此次地震的频谱特性。将实际观测到的PGA、PGV和S_a(T=0.1 s、T=1.0 s、T=2.0 s、T=5.0 s)与国内广泛使用的几种地震动预测模型对比,研究此次地震的影响场。通过分析S_a-S_d曲线,探讨此次地震靠近断层区域地面运动大位移与桥梁落梁震害间可能存在的关系。     

Intelligent determination of peak ground motion parameters based on intensity assessed by artificial neural network

Artificial Neural Network (ANN) model of computation based on mathematical model of neural processes is applied to establish an intelligent computing network from seismic intensity to peak ground parameter instead of the conventional statistical relationship in this paper. For a give seismic intensity rating, the network formed with actual strong ground motion records directly produces the corresponding peak ground parameters and the effects of earthquake magnitude and epicentral distance are included. The computed results of the network trained with a number of strong motion records in the West America show that such networks have obtained good conversion relationship from seismic intensity to peak ground parameters. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 208–216, 1993.     

Ground motion attenuation of MS8.0 Wenchuan earthquake

The great M_S8.0 Wenchuan earthquake has been the most destructive earthquake since 1949 in China. The earthquake occurred no more than half a year after the establishment of the National Strong Motion Observation Network System (NSMONS) of China; what is more, the epicenter was located in the area with dense strong motion observation stations so that a large number of strong motion records of the main shock were obtained. In this paper, 501 strong motion records from 167 observation stations are utilized to establish the ground motion attenuation relations in three directions in the range of fault distance less than 600 km. The result shows the difference of seismic motion attenuation in two horizontal directions is insignificant. It is the first time that strong-motion records are used to establish the ground motion attenuation relations of the M_S8.0 earthquake in China.

     

Study on Site Specific Design Earthquake Ground Motion of Nuclear Power Plants in China1

The main technical backgrounds and requirements are introduced with regard to earthquake ground motion design parameters in several domestic and American standards,codes and guides involved in the seismic analysis and design activities of nuclear power plants in China.Based on the research results from site seismic safety evaluation of domestic nuclear power plant projects in the last years,characteristics and differences of site specific design spectra are analyzed in comparison with standard response spectra,and the suitability of standard response spectra for domestic nuclear power plant projects is discussed.     

Study on Site Specific Design Earthquake Ground Motion of Nuclear Power Plants in China

The main technical backgrounds and requirements are introduced with regard to earthquake ground motion design parameters in several domestic and American standards, codes and guides involved in the seismic analysis and design activities of nuclear power plants in China. Based on the research results from site seismic safety evaluation of domestic nuclear power plant projects in the last years, characteristics and differences of site specific design spectra are analyzed in comparison with standard response spectra, and the suitability of standard response spectra for domestic nuclear power plant projects is discussed.     

Spectral parameters of ground motion in different regions: comparison of empirical models

Fourier-amplitude spectrum is one of the most important parameters describing earthquake ground motion, and it is widely used for strong ground motion prediction and seismic hazard estimation. The relationships between Fourier-acceleration spectra, earthquake magnitude and distance were analysed for different seismic regions (the Caucasus and Taiwan island) on the basis of ground motion recordings of small to moderate (3.5≤M_L≤6.5) earthquakes. It has been found that the acceleration spectra of the most significant part of the records, starting from S-wave arrival, can be modelled accurately by the Brune's “ω-squared” point-source model. Parameters of the model are found to be region-dependent. Peak ground accelerations and response spectra for condition of rock sites were calculated using stochastic simulation technique and obtained models of source spectra. The modelled ground-motion parameters are compared with those predicted by recent empirical attenuation relationship for California.     

Near‐fault ground motions,and the response of elastic and inelastic single‐degree‐of‐freedom (SDOF) systems

In order to investigate the response of structures to near‐fault seismic excitations, the ground motion input should be properly characterized and parameterized in terms of simple, yet accurate and reliable, mathematical models whose input parameters have a clear physical interpretation and scale, to the extent possible, with earthquake magnitude. Such a mathematical model for the representation of the coherent (long‐period) ground motion components has been proposed by the authors in a previous study and is being exploited in this article for the investigation of the elastic and inelastic response of the single‐degree‐of‐freedom (SDOF) system to near‐fault seismic excitations. A parametric analysis of the dynamic response of the SDOF system as a function of the input parameters of the mathematical model is performed to gain insight regarding the near‐fault ground motion characteristics that significantly affect the elastic and inelastic structural performance. A parameter of the mathematical representation of near‐fault motions, referred to as ‘pulse duration’ (T_P), emerges as a key parameter of the problem under investigation. Specifically, T_P is employed to normalize the elastic and inelastic response spectra of actual near‐fault strong ground motion records. Such normalization makes feasible the specification of design spectra and reduction factors appropriate for near‐fault ground motions. The ‘pulse duration’ (T_P) is related to an important parameter of the rupture process referred to as ‘rise time’ (τ) which is controlled by the dimension of the sub‐events that compose the mainshock. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

九寨沟M7.0地震仪器烈度计算比较分析

地震发生后,强震动观测台网可以获取灾区分布式台站位置的强震动记录,通过基于这些强震动记录得到的地震动参数可以快速地评估地震烈度的空间分布,以迅速判定不同地区的受灾程度,尤其是地震极震区的分布范围,为政府开展应急救援并合理地分配救援力量、物资等提供依据,以保证救援人员及时、准确地到达极震区展开搜救工作,减少人民群众的生命财产损失。本文介绍了国内外7种地震仪器的烈度计算方法,基于四川九寨沟M7.0级地震获取的强震动记录,对这7种方法的计算烈度值进行了对比分析。结果表明,各方法计算的仪器烈度与宏观烈度的差值均在1度误差范围以内,均显示了良好的实用性,且行业标准法和综合判别法两者的计算结果较为一致。     

基于《建筑抗震设计规范》强度包线函数参数取值研究

利用《中国地震动参数区划图》采用的地震动参数衰减关系,以及《中国地震动参数区划图》中地震动峰值加速度和地震动加速度反应谱特征周期反推不同设防烈度和设计地震分组对应的震级和震中距,再根据《建筑抗震设计规范》中各设防水准的峰值加速度确定对应的震级和震中距,进而根据地震动强度包线参数与震级和震中距关系计算地震动强度包线参数的取值,为基于强度包线函数生成人工地震动提供参考,并讨论强度包线参数的取值规律：(1)随着设防烈度的提高,加速度时程曲线上升段持续时间t₁和平稳段持续时间t_s减小,下降段衰减指数c增大;(2)随着地震水准和设计地震分组的提高,加速度时程曲线上升段持续时间t₁和平稳段持续时间t_s增加,下降段衰减指数c减小;(3)在生成人工地震动时,除考虑峰值加速度和设计地震分组影响外,还需要考虑设防烈度影响。     

基于随机振动模型的强地面运动数值模拟及其在广西灵山M6(3/4)地震中的应用

1936年4月1日广西灵山县平山镇东南罗阳山附近发生M6(3/4)地震,该地震是华南大陆自有地震记载以来发生的最大地震。本研究收集整理了灵山M6(3/4)地震的地质资料、活动断层探测最新成果等,选取适当的研究区域,利用随机振动有限断层模型计算区域内网格点的峰值加速度(PGA)及峰值速度(PGV)等参数,并且加入浅层横波速度结构V_s³⁰对地震动参数的影响,最终得到此次地震的地震动分布并分析了地震动特征。本研究将模拟结果与野外调查烈度数据和地震动衰减关系进行对比,结果显示模拟结果与调查烈度值和衰减关系在整体衰减特征、极震区的分布等方面均符合较好,模拟结果可为该地区未来地震危害性评估提供依据。本研究所使用的方法流程亦可应用于本地区地震烈度速报,为震后应急救援及决策指挥提供帮助。