竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析

本文采用全球范围128次地震的3235组三分量强地面运动记录,分析了其加速度竖向分量反应谱与水平分量反应谱的比值(V/H)的总体特征,研究了V/H随震级、震中距、局部场地条件和震源机制的变化关系。研究结果表明:(1)场地越硬,长周期段V/H越大,短周期段则相反;(2)震级越大,长周期段V/H越大,短周期段变化不明显;(3)短周期段V/H随震中距增大而减小;(4)对于大震(M7),长周期段V/H随震中距增大而减小;而对于中强震(M7),比值在近场(R60km)随震中距增加而增大,在远场则随震中距增加而减小;(5)V/H与震源机制也有一定的关系。     

集集地震中场地条件对地震动特性的影响

文中将921台湾集集地震主震的404组强震记录按照不同震中距和场地类别分组,对加速度水平分量和垂直分量的持时、峰值加速度(PGA)、包络线、反应谱比值进行了统计分析。结果表明,场地条件对不同分量加速度时间历程的若干特征有显著的影响,而且比较复杂。此外,断层方向对地震动水平特性也有一定的影响。具体研究结果为:1)地震动水平分量的持时随着场地依次变软而增大;2)断层方向对PGA衰减特征有一定影响;3)不同震中距离和场地条件下集散的时间里程的包线基本上都是单峰点的时间函数;地震动加速度水平分量包络线与竖向分量包络线有明显的不同;4)在震中距相同的条件下,场地愈软弱,周期愈短,谱比值EW/SN愈接近1。场地愈软,在短周期(<0.1s)段,V/H谱比值是变大的趋势,而在长周期(>特征周期)段则是变小的趋势;而且相对来说V/EW谱比值随场地变软而减小的趋势相对要强一些     

近场水平地震动选取原则及脉冲型水平地震动弹性谱特性研究

以近40年来世界范围内发生的20次地震总计800条水平地震记录为基础,从加速度反应谱入手,研究震中距、PGV/PGA比值及震级对水平加速度反应谱特性的影响,提出了一种同时考虑震中距、PGV/PGA比值及震级3个指标的近场地震动选取方法。然后对选取的脉冲型水平地震记录作加速度反应谱研究场地类别、震级、PGV/PGA比值等因素对脉冲型水平地震动反应谱特性的影响。研究表明:(1)PGV/PGA>0.2、震中距D<20 km、6.50.2、震中距207.0作为中远场脉冲型地震动的选择原则需要进一步研究。(3)震级M_w>7.0时脉冲型地震动反应谱谱值在中长周期范围内明显增大。(4)PGV/PGA>0.2时脉冲型地震动平均谱谱值在中长周期范围内明显增大。     

地铁车站对临近场地地震反应谱影响分析

考虑土—结构相互作用影响,分析在不同的地震波作用下不同结构形式地铁车站对临近场地地震动响应的影响规律。经过两次反演得到地铁车站所在深度的EL-Centro波,将此波形与生成的人工波分别作用于自由场地与包含地铁车站的两种地层结构,将得到的场地反应谱特性与自由场地表反应谱进行对比。由对比结果可知:在短周期部分地铁车站的存在使得地表加速度反应谱谱值变大,而在长周期部分,地表加速度反应谱谱值变化相对而言较小,即地铁车站的存在对地表加速度反应谱的长周期部分基本不影响;在不同地震波作用下,不同地铁车站结构对临近场地土反应谱的变化影响度因子曲线均呈倒"S"型,有唯一拐点;地铁车站结构的跨度与高度越大,其对周围场地土反应谱带来的影响越大。     

地震动加速度反应谱竖向分量与水平分量的比值

本文采用水平向444条,竖向228条严格按我国抗震设计规范划分场地条件的实际强震记录,计算了不同情况下加速度反应谱竖向分量与水平分量的比值(V／H)的平均值,结果表明：(1)V／H随周期变化明显。在短周期,有1个1．0左右的峰值,在周期0．2～1．0间有1个0．4左右的低谷,在2s以后的长周期,V／H趋近1个0．6左右的常数。(2)V／H值与震中距也有很大关系,在震源附近竖向反应谱与水平向反应谱很接近,V／H均值在周期长于2s时达到了0．9。(3)它与场地条件也有很大关系,短周期处,Ⅰ类场地V／H峰值为0．7,Ⅱ、Ⅲ类场地V／H峰值为1．1,长周期处则随场地类别由Ⅰ,Ⅱ到Ⅲ类,V／H由大到小。建议抗震设计规范修订时应考虑对竖向反应谱的规定予以修正,文中给出了建议方案。     

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

液化土层对地表加速度反应谱的影响

采用一种改进的有效应力方法研究土层液化对地表加速度反应谱的影响，分析中考虑了砂层的厚度、埋深和输入地震波的幅值和波型等因素。分析结果表明，土层液化使地表加速度反应谱的特征周期至少延长0．1秒以上，使原Ⅱ类场地变为Ⅲ类场地，高烈度时易变成Ⅳ类场地，反应谱中周期0．8秒-1．0秒是液化砂层加震或减震的一个分界点，液化对反应谱短周期分量具有一定的减震作用，而对长周期分量有非常显著的放大作用。     

2021年5月22日玛多MS 7.4地震地震动特征

为了研究2021年5月22日玛多M_S 7.4地震地震动特征,收集16个强震台的峰值加速度和其中9个台的强震波形数据,利用峰值加速度衰减及反应谱等分析玛多M_S 7.4地震强震动特征。结果表明,多数台站的PGA值都随震中距的增大而平稳下降,PGA的衰减特征与青藏区衰减关系间有较好的一致性;土层台与基岩台的加速度反应谱明显不同,震中距越小,短周期高频成分越多,衰减越快,震中距越大,长周期高频成分越少,衰减越慢;加速度反应谱的水平向与竖向比值曲线在4 s内呈现两峰一谷的现象,初步认为,距发震断层较近的野马滩1号大桥所受到的破坏及水泥路面的明显错断受水平向地震动作用的影响更大。     

浅硬场地剪切波速变异性对结构地震输入的影响

场地对地面结构地震动力的输入分析有决定性影响。本文用Shake 2000程序计算并讨论了浅硬场地多工况下剪切波速变化对不同周期结构动力响应的影响,主要结论如下:浅硬场地剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱的影响很大,影响程度与输入地震动的强度、频率和剪切波速有关;剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱的影响在大多数情况下不可忽略;对于不同周期的结构,剪切波速变化对短周期和1s周期的影响程度与地表加速度反应谱峰值略有不同;场地剪切波速减小对反应谱的影响明显大于波速增大时的影响;浅硬场地波速标准差对短周期的影响基本不可忽略,对1 s周期的影响则可以忽略;随地震动强度增加,剪切波速的减小对反应谱短周期的影响程度加大。     

液化场地强震记录的频谱特征

为研究液化场地上建筑物承受地震作用的特性,本文利用11组液化场地实测记录,对液化场地的地震动特征进行了分析。结果显示,场地液化后,地表加速度幅值减小,长周期成分显著增多,记录中出现明显的 “尖刺” 。对比国内外抗震规范设计反应谱与液化场地实测加速度反应谱,分析得出:在短周期T＜0.3 s,规范设计反应谱值与实测记录反应谱基本一致;在中长周期段0.3 s＜T＜1.5 s,规范反应谱值明显低于实测记录反应谱值;在长周期段T＞1.5 s,规范设计谱较实测记录反应谱值略低。基于5种数值方法模拟的液化场地地震动结果显示:周期T＜1.0 s时,数值计算的反应谱值基本高于液化场地实测反应谱值,或与之吻合;而周期T＞1.0 s时,数值计算的反应谱值均低于液化场地实测反应谱值。      

同一测点不同地震动分量空间相干性分析

利用SMART-1台阵的3次地震记录计算了同一测点三平动地震动分量问的相干值,并提出了相干函数模型。分析表明,同一测点各地震动分量间是低相干的,随频率衰减不明显;两水平分量问的相干性比水平分量与垂直分量间的相干性大。因此在工程计算中不计相干函数随频率的变化不会带来太大的误差。     

Statistical study of spatial variation of response spectrum using free field records of dense strong motion arrays

Spatial variation of acceleration response spectra is examined using strong motion records for a large number of events from dense accelerometer arrays at Chiba in Japan and SMART-1 in Lotung, Taiwan. The effects of earthquake component, structural damping, earthquake magnitude, focal depth, epicentral distance, structural time period, and station separation on the intra-event variation of response spectra are examined first through an empirical analysis and then through a least-square regression fit for parametric study. A very large scatter of the response spectra ratio is observed for both arrays, especially for SMART-1 array. The mean values of the ratio vary from 10 to 20 per cent for Chiba array while they vary from 25 to 50 per cent for SMART-1 array. The coefficients of variation of the ratio range from 5 to 25 per cent for Chiba array and 30 to 50 per cent for SMART-1 array. The correlation among response spectra is found to be inversely proportional to station separation and shows frequency dependence. For larger time periods, the correlation is lower and not higher. The correlation is also lower for UD earthquake component as compared to the two horizontal components. For higher damping ratio, the correlation among spectra is higher. The effect of the earthquake magnitude, focal depth and epicentral distance on the spatial variation is complex. The three parameters having implicit interdependence, considering their combined effect, a positive contribution to the value of ratio of response spectra is observed in the case of larger earthquake events. Furthermore, as mentioned above, the spatial variation for SMART-1 array is much larger than that for Chiba array. This difference can be attributed mainly to the difference in distance between the instruments in the two arrays. However, some of the difference is considered to be due to site specific characteristics. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Rotational components of surface strong ground motion

Rotational components of seismic waves have been estimated using the strong motion array in Taiwan, SMART-1. The inner rings of accelerographs, covering an approximately circular area of 3 km², permit a decomposition of travelling waves with wavelengths in the range 0.5 to 5.0 km and frequencies from 0.1 to 5 Hz. Rotational components of the strain field, obtained from station pairs and averaged over the array using stacking techniques, were computed for five different earthquakes with M_s magnitude 5.7 to 7.8, and epicentral distances 6 to 84 km. The results indicate peak rotation values about a vertical axis on the order of 4 × 10^?5 rad at an approximately 2.5 s period. The measured values for pure rotation and rocking are in agreement with the spatial coherency structure observed in these earthquakes. For comparison, significant effects to engineered structures generally appear when curl u > 10^?4 rad. The estimates are important for design of scaled engineered models for soil-structure interaction experiments.     

剪切破裂源及其近场影响

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效应的对比分析,本文得到了以下初步结果: (1) 在埋深相同,断层面宽度相同的情况下,垂直走滑断层源对近场地表的影响比垂直倾滑断层源大。(2) 在垂直倾滑断层源的埋深、破裂尺度相同的情况下,在地表同一震中距处产生的水平位移要比垂直位移大。(3) 两种破裂源在地表同一震中距处产生的位移的最大振幅随破裂尺度的增大而增大,且近似为线性关系;在极震区内不同震中距处产生的位移的最大振幅随震中距的增大而减小,且随震中距的变化率在减小;在地表不同震中距处产生的加速度的付氏谱的主峰周期随震中距的增大而变长,随破裂的增大,付氏谱中主峰周期也加长,且长周期成份愈多;随着破裂源埋深的增加,地表不同震中距处产生的位移的最大振幅变小,即等震线变疏。(4) 走滑断层源产生的加速度付氏谱的主峰周期比倾滑断层源长。     

云南鲁甸Ms6.5级地震罕见大峰值记录时-频反应谱分析

2014年云南鲁甸M_s6.5地震龙头山台站记录到东西向峰值加速度948.50 Gal的罕见大峰值记录（简称"龙头山EW记录"）,震中烈度高达Ⅸ度,而震中距大于10 km以后,峰值加速度和烈度均迅速减小。为研究这一现象,利用时-频反应谱对震中距45 km以内的6个台站记录进行了时频特性分析,发现龙头山EW记录幅值区域相对集中且谱值很大,沿持时轴连续分布两个幅值带,高频和低频成分均远大于其拓展设计反应谱,据此设计的自振周期处于0.4~0.8s的结构将遭受严重累积破坏。另外5个台站时-频反应谱值小且覆盖区域狭小,作用时间短,无论在自振周期轴方向,还是持时轴方向均远小于其拓展设计反应谱覆盖区域,结构不会发生破坏或仅发生可修复的轻微破坏。震害调查结果与时-频反应谱分析结果相符,证明鲁甸地震小震级、高烈度、大灾害的特点与龙头山EW罕见大峰值记录的时频特性有着密切关系,时-频反应谱有利于用来分析结构破坏机理,具有研究的理论意义与应用价值。     

Horizontal to vertical spectral ratio and geological conditions: an analysis of strong motion data from Greece and Taiwan (SMART-1)

Nowadays, several research efforts have been directed towards the evaluation of the horizontal to vertical, (h/v), spectral ratio technique, following the pioneering work of Nakamura originally proposed for microtremor measurements. In the present study, an extension of this technique based on Greek and Taiwanese (SMART-1) strong motion data is attempted. Whenever possible comparisons with results obtained by the standard spectral ratio technique for the same sites are made. Regarding the Greek data it is concluded that (h/v) spectral ratio clearly distinguishes the range of resonant peaks between ‘rock’ and ‘alluvium’ sites. On the other hand, nonlinear effects that take place beneath SMART-1 array most probably obscure the expected consistency between (h/v) and standard spectral ratio technique.     

南北地震带川滇甘陕地区竖向与水平向加速度反应谱比的统计分析

本文收集了从南北地震带川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802组强震动记录,按照场地、震级和震中距等因素统计分析了竖向与水平向加速度反应谱比的形状以及不同场地、震级和震中距下不同周期段内的谱比平均值,并与建筑抗震规范GB50011—2010规定的0.65进行了比较。结果表明:竖向与水平向加速度反应谱比受场地、震级和震中距等因素的影响; Ⅰ类和Ⅱ类场地在全周期段的谱比均值基本上大于0.65;无论何种分组情况谱比均值在0.1—1.0 s周期范围内基本低于定值0.65,周期大于1.0 s的谱比均值基本上远高于0.65。因此对于大部分抗震规范直接把竖向地震作用取为水平向地震作用的0.65倍,有待商榷。本文建议根据水平向反应谱的标定方式来确定现有竖向强震动记录的竖向地震作用。      

新疆喀什原场地地震动频谱特性研究

2020年1月19日和2020年2月21日在新疆喀什地区先后发生M_S6.4和M_S5.1地震,针对新疆强震动台网收集到的128条强震动记录进行统计分析,研究2次地震记录的幅值及反应谱特性,并与两个现行规范设计反应谱进行对比,结果表明：(1)震级相同时,震中距越小加速度反应谱越大,且加速度反应谱衰减速度越慢;震中距相同时,震级越大加速度反应谱越大,且加速度反应谱衰减速度越慢;(2)震级越大加速度谱值、速度谱值、位移谱值越大;(3)M_S6.4、M_S5.1地震波加速度反应谱及其平均值曲线相近,与我国现行规范加速度反应谱相比差别很大。建议在新疆喀什地区采用基于当地强震记录的加速度反应谱进行结构抗震设计。     

地震波面波空间相干性规律研究

In this paper, seismic records of Taiwan LSST array and SMART-1 array were selected to calculate the S-wave and surface wave coherence coefficients at different station distances. And then the coherence function model proposed by Loh was used to fit the calculation results. After comparison and analysis, we found that when the distance d < 50 m, the coherency coefficients of surface wave and S-waves are basically the same; when the distance d = 50 m , the coherency coefficients of surface wave is smaller than that of S-wave, and as the distance increases, the differences gradually increase. When the distance d > 500 m, the spatial coherency of the surface wave hardly exists, so no further consideration is needed. Finally, the surface wave coherency model parameters were given in this paper, which can be used as a reference for the synthetic ground motion field in the seismic analysis for long and large structures in large basins.