基于小波变换的地震动时-频特性研究

对美国NGA,采用一维连续小波变换得到每条记录的小波功率谱。研究了任意时间处小波功率谱最大值所对应的主频率。结果表明:地震动主频率随时间的增大逐渐减小;竖向地震动分量的主频比水平向分量随时间减小更快。分别采用线性函数模型、指数函数模型和指数三角函数模型,分析了场地、震级和震中距对主频变化曲线的影响,拟合了主频率在不同场地条件、震级、震中距等情况下随时间的变化曲线,水平向和竖向的频率时变曲线整体上都是随时间递减的,且竖向衰减得更快些,大多数情况下竖向记录的高频成分比水平向记录的相应成分要多。     

基于强震动观测记录的新疆南天山地区地震动特性统计分析

将布置在南天山地区的71个强震动台站从2007～2018年记录到的732组强震动加速度记录按照不同震级、震中距和场地类别分组,对加速度水平向分量和垂直向分量的加速度峰值(PGA)和放大倍数谱(β谱)及其特征周期(T_s)和持时进行了统计分析。结果表明:(1)三分量PGA随震中距的变化规律符合已有的衰减关系。地震波的传播规律和特殊的地壳构造会影响同类震级和场地条件下的PGA大小。场地条件对水平向不同分量的PGA的影响有不同的特点或规律;(2)地震动垂直向分量T_s总体上小于水平向分量T_s。随场地依次变软,水平向分量T_s逐渐增大;而垂直向分量T_s随场地类别的变化规律不明显。随震级和震中距的增大,T_s有逐渐增大的趋势;(3)场地类别对地震动水平向分量的持时有一定的影响,随着场地依次变软,持时会有些增大,对于垂直向分量,则没有明显的规律。     

基于强震动数据的等强度延性谱影响因素分析

基于5 500余条峰值加速度大于50 gal的水平向地震动数据,采用双线性模型计算了单自由度体系弹塑性反应,从地震信息参数和地震动参数2方面分析了影响等强度延性谱的因素。首先在场地分类的基础上按震中距和震级大小将地震动分组,分析了震中距远近和震级大小对等强度延性谱的影响;然后在地震动参数方面分析了反映幅值、频谱以及持时的峰值速度(PGV)、有效峰值加速度(EPA)以及Bolt持时等代表参数,并且根据PGV,EPA和Bolt持时的大小分组,分析了其对等强度延性谱的影响,结果表明:①在大部分周期内,各组等强度延性谱值差异较大,在各个场地内震中距和震级较大时,对应的延性谱值较大;②分组效果最好的地震动参数为PGV,其次是Bolt持时,当根据EPA分组时,分组结果最不理想。     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震（MS4.7~6.7）的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系。通过与俞言祥2001年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系在中小震级对地震动估计的可靠性。同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布情况,分析了本文结果的适用性和可靠性。     

场地条件对地震动持时的影响

本文通过美国强震记录,按照中国场地类别划分方法进行场地分类,研究不同类别场地条件对地震动持时的影响(70%能量持时)。分析表明,场地条件对持时的影响非常大,总体来说,随着震级的增大持时变长,在同一震级时,各类场地随震中距的的变化趋势差别较大,并且竖直向与水平向的变化趋势很相近。     

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。      

考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据. 本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点,应用823条国内外水平向地震动记录（充分利用了我国取得的强震记录）,给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型,研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响. 结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的,特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响;设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素,在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响;震级对强度折减系数的影响较小;如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响,震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.      

沿深度方向地震动相干函数影响因素分析

基于KiK-net台网强震记录,探讨震级、震中距、场地类别及测点高差等对沿深度方向相干函数的影响规律。结果表明:①水平分量的相干函数值随频率变化规律相同,竖向与水平分量间的差异较大;相干函数值随频率和测点高差的增加而减小;Ⅲ类场地较之Ⅰ,Ⅱ类场地,所记录的相干函数值随频率增加而衰减的速度更快。②近场(R≤300 km)相干函数值大于远场(R300 km);震级对相干函数的影响规律不明显;不同场地记录沿深度方向地震动相干性不同,建议选用王招招模型描述Ⅲ类场地地震动相干性,Harichandran模型描述Ⅰ,Ⅱ类场地地震动相干性。③基于日本"3·11"地震记录拟合得到了按震中距分段的相干函数模型参数值。     

强震记录频率非平稳特性的若干研究

本文将美国西部、中国台湾和其它地区在基岩场地上的156组地震记录按不同震级、震中距分组,分析了持续时间随震级、震中距的变化规律,在此基础上研究了强震记录的穿零率以及主频的时变特性,并用一直线来拟合穿零率随时间的变化规律,给出了此直线拟合参数在不同震中距、记录方向条件下的取值范围,以此来反映频率特性随时间变化的非平稳性,此外还通过运用峰点法在频率特性非平稳性中考虑涟波效应。所得结果与穿零率的相应结果进行了对比。文中的分析结果表明,穿零率方法是可以在一定程度上反映频率特性的非平稳性的。     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震(Ms4.7～6.7)的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系.通过与俞言祥等2006年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系对利用中小地震进行地震动估计的可靠性.同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布,分析了本文结果的适用性和可靠性.     

A note on time of maximum response of single degree of freedom oscillator to earthquake excitation

The dependence of the relative time of maximum response of single degree of freedom system, subjected to recorded strong earthquake ground motion, on magnitude, epicentral distance and the Modified Mercalli Intensity at the site has been studied. Two empirical regression models are presented that enable estimation of the relative time of maximum response in terms of (1) earthquake magnitude and epicentral distance, or (2) Modified Mercalli Intensity at the site. The empirical distribution functions of the observed times of maximum response are presented. Both models also consider whether motion is horizontal or vertical, and the effects of the geologic conditions surrounding the site. The results are useful for the response spectrum approach in earthquake resistant design, as they provide guidelines for superposition of different loads in time.     

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。     

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.     

时变功率谱模型参数衰减规律研究

基于美国西部基岩强震加速度记录资料,采用多重滤波技术计算水平向和竖向地震加速度记录时程的时变功率谱值,并利用非线性最小二乘法拟合了对应于各条加速度记录时程的时变功率谱模型参数值.采用经验统计方法,分析了水平向和竖向加速度时变功率谱模型参数随震级、震中距及频率的变化规律,建立其衰减模型,并由多随机变量一致加权最小二乘法拟合得到了各衰减模型的系数值.通过与现有时变功率谱衰减规律的对比分析,证明了本文提出的衰减模型的合理性.     

Application of wavelets to analysis and simulation of earthquake motions

A method of applying wavelet transform to earthquake motion analysis is developed from the viewpoint of energy input structures, in which relationships between wavelet coefficients and energy input, namely energy principles in wavelet analysis are derived. By using the principles, time–frequency characteristics of the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake ground motions are analysed and time histories of energy input for various ranges of frequencies and epicentral distances are identified. Furthermore, a technique to simulate earthquake ground accelerations by wavelet inverse transform is developed on the condition that target time-frequency characteristics are specified. Structural responses to the simulated accelerations are compared with the target time–frequency characteristics, which shows satisfactory correlations between wavelet coefficients and energy responses in both time and frequency domains. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

用相位差谱统计规律探讨人造地震动方法

针对相位差谱具有对数正态分布的特点,选取西部67个强震记录计算了各自相位差谱对数正态分布的均值和标准差,再将其转为正态分布的均值和标准差。将正态分布的均值和相位差看作震级和震中距的函数,选取二元回归模型进行回归分析,得到了均值和标准差随震级和震中距变化的关系式。最后对已知强震记录,将其震级和震中距代入回归方程求出均值和标准差,利用均值和标准差产生的地震动时程与实际记录十分接近。     

川滇甘陕地区地震的加速度峰值比和竖向反应谱的统计分析

本文以国内川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802组地震动加速度记录为基础,研究了该地区加速度峰值比的总体分布特征,分别探讨了震中距和震级对加速度峰值比的影响特征,按照水平反应谱的标定方法对竖向反应谱进行标定并对其进行了统计分析。统计分析结果显示:竖向与水平向加速度峰值比的概率分布总体服从极值Ⅱ型分布,加速度峰值比均值为0.6,加速度峰值比≤0.65的累积频率为64%;Ⅱ类场地的加速度峰值比随震中距增大而减小;大震近场的加速度峰值比基本上远高于0.65;最后本文给出了不同场地类别下竖向反应谱特征参数,并与水平向反应谱特征参数进行了比较。     

HORIZONTAL-TO-VERTICAL SPECTRUM RATIO OF EARTHQUAKE GROUND MOTION FOR SITE CHARACTERIZATION

Nakamura's method, which uses a horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratio of microtremor, has become popular to determine the predominant period and amplification of a site. In this study, this method is extended for earthquake ground motion recordings using new strong motion data recorded by JMA-87-type accelerometers. From the analysis of these accelerograms, horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratios of a site for different earthquakes are also found to be stable irrespective of magnitude, distance and depth. To establish this fact, attenuation relations of velocity response spectra for horizontal and vertical components are derived for three damping ratios (0, 2 and 5 per cent) using the JMA data. Then the horizontal-to-vertical ratios of the velocity response spectra are obtained. The results show that the horizontal and vertical velocity response spectra are dependent on magnitude, distance and depth, but that their ratios are almost independent of magnitude, distance and depth. However, since the current data set consists of mostly intermediate to far field data, this observation should be limited to records of these distance ranges. Introducing station coefficients, representing site amplification, to this relation yields the value comparable to the horizontal-to-vertical Fourier spectrum ratio at a specific site. The stability of the spectrum ratio is explained by the transfer function between the ground surface and stiff-soil outcrop due to S-wave propagation. These results suggest that site amplification characteristics can be evaluated by one-point two-component surface recordings of earthquake ground motion, in a similar manner as proposed by Nakamura for microtremor. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

2008年汶川地震后的三次强余震地表峰值加速度衰减场研究

利用甘肃省强震动台站获取的2008年汶川地震后的三次强余震记录资料,分别研究了在甘肃南部地区的地表自由场加速度衰减场,认为地震引起的地表峰值加速度(PGA)随震中距的衰减基本都遵从幂指数规律,衰减的形式基本相同,但是三次强余震的衰减指数之间也存在着一定的差异.因此要得到陇南地区的中强地震动衰减的普遍规律,尚需做进一步的研究.