抗震设计反应谱特征周期研究

搜集整理1933—2015年美国西部地区166个有详细钻孔资料台站场地上的1 237条水平方向强震记录,按照我国建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)中反应谱的形状对强震记录的加速度反应谱进行拟合,提取反应谱的特征周期。分析特征周期随场地类别、震级、震中距的变化特征;按特征周期分区统计计算不同场地类别上的特征周期平均值,并与我国现行的建筑抗震设计规范中给定的特征周期值进行对比研究;最后探讨地震动峰值加速度对特征周期的影响。根据研究分析结果提出关于抗震设计反应谱特征周期值的改进建议。     

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。      

汶川地震反应谱研究

20世纪30年代M.A.Biot提出反应谱理论,至20世纪50年代G.W.Housner给出第一条抗震设计反应谱.从此,反应谱方法在世界范围内被广泛接受,这也标志着地震工程学的发展进入了反应谱理论阶段,工程界对反应谱的研究也一直持续到今天.目前,世界上多数国家均采用抗震设计反应谱作为抗震设计中确定地震动输入的主要依据.通常,归一化的抗震设计反应谱其形状由几个特征参数确定,其中最重要的是反应谱平台值和特征周期,反应谱的研究中大量的工作是如何科学地确定这两个特征参数.场地条件是影响反应谱特征参数的重要因素,但我国抗震设计规范只考虑了场地条件对反应谱特征周期的影响而没有考虑场地条件对反应谱平台值的影响,其重要原因之一是缺少有场地条件的强震记录.     

基于强震记录不同波动成份的HVSR谱比结果差异性研究

使用6个强震台站记录的2008年汶川8.0级地震强震记录,通过对比强震记录中各波动成份的HVSR谱比结果,分析了各波动成份对场地地震效应分析结果的影响;根据各波动成份的水平向和垂直向傅里叶谱结果,初步解释了各波动成份HVSR谱比结果不同的原因,并指出了HVSR谱比方法在强震记录和地脉动记录中应用的区别和联系。结果表明:强震记录中由于包含了震源特性和路径信息,故其HVSR谱比结果与地脉动的结果有明显的区别,建议在使用强震记录进行HVSR谱比分析场地地震效应时,尽量使用全波波形进行谱比研究。     

关于改进我国抗震设计反应谱的探讨

本文回顾了地震反应分析理论发展的三个阶段,指出反应谱理论仍然是许多国家现阶段抗震设计的理论依据,我国规范也主要采用反应谱法进行抗震设计分析。进一步讨论了反应谱与抗震设计反应谱的联系和区别。把我国《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》中有关地震影响系数分别与ISO 3010:2001(E)和美国的建筑抗震设计规范中的地震影响系数做了对比,发现我国规范有些地方考虑得还不够全面,还需要不断地完善。提出在抗震设计中运用地震动参数代替地震烈度来进行计算能更好地反映工程实际情况。     

基于条件均值反应谱的特大地震强震记录的选取及调整方法

在PEER地震动数据库(PGMD)的基础上,结合近几年国内外特大地震的地面运动记录,建立了地面运动数据库,同时根据日本Mw 9.0特大地震获得的141组记录进行统计回归建立加速度反应谱衰减关系,并采用条件均值反应谱法,即设定地震与结构概率需求结合的方法选择地面运动.选波实例表明,当设定地震为特大地震时,基于条件均值反应谱法选取地面运动记录时,扩展数据库中大震记录并建立符合大震记录加速度反应谱的衰减关系是十分必要与迫切的.该思路为进一步研究结构动态时程分析中地面运动记录选取问题及所选记录提供了依据.     

场地相关设计反应谱特征周期的统计分析

利用近年来的工程场地地震安全性评价和地震小区划工作的成果，对上述工作中得到的场地相关反应谱的特征周期取值进行统计分析，并收集现有的强震记录计算其反应谱，将上述两个结果同两个版本的抗震设计规范(GBJ11-89和GB50011-2001)中的规定进行比较。发现上述两本规范中的特征周期取值在不同程度上小于实际场地情况的统计平均值。其中，虽然GB50011-2001规范相对于GBJ11-89规范更加接近实际场地的情况，但仍然在一些情况下取值偏小。     

基于条件均值反应谱的特大地震强震记录的选取及调整方法

在PEER地震动数据库(PGMD)的基础上, 结合近几年国内外特大地震的地面运动记录, 建立了地面运动数据库, 同时根据日本M_W9.0特大地震获得的141组记录进行统计回归建立加速度反应谱衰减关系, 并采用条件均值反应谱法, 即设定地震与结构概率需求结合的方法选择地面运动. 选波实例表明, 当设定地震为特大地震时, 基于条件均值反应谱法选取地面运动记录时, 扩展数据库中大震记录并建立符合大震记录加速度反应谱的衰减关系是十分必要与迫切的. 该思路为进一步研究结构动态时程分析中地面运动记录选取问题及所选记录提供了依据.     

强震近场加速度峰值比和反应谱统计分析

本文对国内外数十次强地震的近场加速度记录进行了统计分析，给出了近场加速度峰值比及反应谱的统计结果，并将统计反应谱与设计反应谱进行了比较。     

地震动强度对场地地震反应的影响

通过对场地地震反应的研究发现,地震动强度不同,同样的场地对地震动的影响也不同,得到的反应谱形状也不同。目前我国抗震设计规范中不同烈度下的设计反应谱形状完全一致,没有考虑地震动强弱对相同场地反应谱形状的影响。     

汶川地震不同场地反应谱平台值统计分析

加速度反应谱平台值表征地震动的强度特性,场地条件是影响反应谱平台值的一个重要因素.本文选取6组同一地区断层距相近而场地条件不同的强震记录,对其标准化的加速度反应谱形状及平台值进行分析;并以汶川地震中173个有详细地勘场地上的强震记录为基础,统计分析了不同场地类别和断层距区间内的加速度反应谱平台值.本文研究结果显示,场地条件对加速度反应谱平台值有较大影响,随着场地变软,加速度反应谱平台值增大.本文定义了场地影响系数,计算并给出了不同地面峰值加速度对应的场地影响系数.     

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。     

竖向地震动加速度反应谱特性

以33次地震中的地表地震动记录为数据基础,考虑场地条件、震级和距离的影响,分别对竖向地震动的加速度规准化反应谱和双规准化反应谱进行了研究。结果表明,规准反应谱明显受到场地条件、震级和震中距的影响,不同场地、距离和震级的平均规准反应谱之间差别显著;相比较而言,不依赖于场地、距离和震级的平均双规准反应谱之间却表现出良好的规律性和一致性。双规准反应谱的统一特性可以为竖向地震动设计谱的预测提供参考依据。     

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.     

Numerical simulation of strong ground motion for the M_s8.0 Wenchuan earthquake of 12 May 2008

The Wenchuan earthquake of 12 May 2008 is the most destructive earthquake in China in the past 30 years in terms of property damage and human losses. In order to understand the earthquake process and the geo-morphological factors affecting the seismic hazard, we simulated the strong ground mo-tion caused by the earthquake, incorporating three-dimensional (3D) earth structure, finite-fault rupture, and realistic surface topography. The simulated ground motions reveal that the fault rupture and basin structure control the overall pattern of the peak ground shaking. Large peak ground velocity (PGV) is distributed in two narrow areas: one with the largest PGV values is above the hanging wall of the fault and attributed to the locations of fault asperities and rupture directivity; the other is along the north-western margin of the Sichuan Basin and caused by both the directivity of fault rupture and the ampli-fication in the thick sediment basin. Rough topography above the rupture fault causes wave scattering, resulting in significantly larger peak ground motion on the apex of topographic relief than in the valley. Topography and scattering also reduce the wave energy in the forward direction of fault rupture but increase the PGV in other parts of the basin. These results suggest the need for a localized hazard as-sessment in places of rough topography that takes the topographic effects into account. Finally, had the earthquake started at the northeast end of the fault zone and ruptured to the southwest, Chengdu would have suffered a much stronger shaking than it experienced on 12 May, 2008.     

Modeling of spatially correlated,site-reflected,and nonstationary ground motions compatible with response spectrum

Seismic risk analysis and mitigation of spatially extended structures require the synthesis of spatially varying ground motions in the response history analysis of these structures. These synthetic motions are usually desired to be spatially correlated, site reflected, nonstationary, and compatible with target design response spectra. In this paper, a method is presented for simulating spatially varying ground motions considering the nonstationarity, local site effects, and compatibility of response spectra. The scheme for generating spatially varying and response spectra compatible ground motions is first established for spatial locations on the ground surface with varying site conditions. The design response spectrum is introduced as the “power” spectrum at the base rock. The site amplification approach is then derived based on the deterministic wave propagation theory, by assuming that the base rock motions consist of out-of-plane SH wave or in-plane combined P and SV waves propagating into the site with assumed incident angles, from which tri-directional spatial ground motions can be generated. The phase difference spectrum is employed to model ground motions exhibiting nonstationarity in both frequency and time domains with different site conditions. The proposed scheme is demonstrated with numerical examples.     

利用高频GPS技术进行强震地面运动监测的研究进展

回顾了高频(1 Hz) GPS在地学应用中的研究进展和主要的数据处理方法,全面比较了高频GPS与地震仪的工作原理与性能,认为高频GPS可为后者进行有效的补充;分析了高频GPS应用于监测短周期强震地面运动的技术优势,以及在处理方法和实际的地学应用中存在的不足;通过对高频GPS的应用领域与发展前景的研究,对我国开展高频GPS数据的处理方法与地学应用研究提出了自己的观点和看法.     

Response spectra for nuclear structures on rock sites considering the near-fault directivity effect

Near-fault ground motions, potentially with large amplitude and typical velocity pulses, may significantly impact the performance of a wide range of structures. The current study is aimed at evaluating the safety implications of the near-fault effect on nuclear power plant facilities designed according to the Chinese code. To this end, a set of nearfault ground motions at rock sites with typical forward-directivity effect is examined with special emphasis on several key parameters and response spectra. Spectral comparison of the selected records with the Chinese and other code design spectra was conducted. The bi-normalized response spectra in terms of different corner periods are utilized to derive nuclear design spectra. It is concluded that nuclear design spectra on rock sites derived from typical rupture directivity records are significantly influenced both by the earthquake magnitude and the rupture distance. The nuclear design spectra specified in the code needs to be adjusted to reflect the near-fault directivity effect of large earthquakes.