适用于结构时程分析法的输入地震波

本文对建筑结构抗震设计时程法所需的输入地震波提出一种基于规范反应谱的、与设防烈度、场地条件、设计近震或远震、结构自振特性有关的选择原则和方法。按远、近震和四类场地标定了反应谱、延性谱和积累损伤谱。通过对六幢不同高度的剪切和弯曲型结构模型的弹塑性分析,表明离差很小。建议在进行结构时程法分析时,按地震加速度反应谱特定的分布规律选择4条加速度记录作为输入计算。两个实际的例子表明按上述方法计算的结果与按底部剪力法计算的结果基本相符。     

利用数字化速度记录仿真加速度时程与合成场地设计地震波

研究利用测震台网数字化宽频带速度型记录仿真加速度时程,并通过提取其相位信息和拟合场地设计反应谱(目标谱)的方法来获得场地设计地震波的有关技术途径与应用实例,所提供的具体算式采用便于编程和利用快速傅氏变换(FFT)技术进行计算的离散化傅氏正逆变换的复数表达式。有关研究结果可拓宽现有地震观测资料的使用价值,减少地面运动模拟中人造地震波与原始地震记录存在的差异,并可使所合成的设计地震波满足给定的目标谱,且能较好地反映其非平稳性特征,因此在地震工程中具有实际的应用价值。     

单自由度自复位体系设计能量谱研究

本文对具有旗帜型滞回模型的单自由度自复位体系提出了设计能量谱的构造方法,包括设计输入能量谱和设计滞回耗能比谱。首先按中国规范场地类别选取360条实际强震记录进行时程分析,对影响单自由度自复位体系输入能量谱和滞回耗能比谱的参数,包括地震波类型、滞回模型、阻尼比、延性系数等进行研究。在此基础上分别建议了设计输入能量谱和设计滞回耗能比谱及其曲线参数的确定方法,并与实际强震记录计算结果进行比较。结果表明结构滞回模型对能量谱影响明显;阻尼比和延性系数对输入能量谱的影响在整个周期范围内有显著差异,但均有明显的削峰作用。建议的两种设计能量谱综合考虑了结构参数、地震波参数和中国场地类别的影响,可以较好的拟合实际情况,并对弹塑性单自由度自复位体系在地震作用下的耗能需求做出较准确的估计。     

我国现行规范谱的超越概率标准

工程场地的地震安全性评价给出的加速度反应谱在长周期部分一般均低于相应的规范谱。本文用Ⅰ类和Ⅲ类场地的地震动参数衰减规律,讨论加速度反应谱与不同周期规范谱值对应的重现期。结果表明,对加速度而言,基本情况是规范反应谱周期越长越保守。当峰值加速度对应的重现期为475年时,对于本文的工程算例,Ⅰ类和Ⅲ类场地的加速度反应谱分别于3.7s和5.2s以后超过重现期5000年。本文认为,对目前使用的衰减规律的可靠性,对一致概率谱与规范谱的关系,对按保守谱设计的工程在长周期地震波作用下的表现以及对速度、位移等在抗震设计中的作用等问题应作深入研究。     

基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

地震波时变修正Kanai-Tajimi非平稳随机模型的建立

利用谐小波变换对实际强震记录的时变谱进行估计,并统计分析了远场3类不同场地上地震波的时变谱特征,分析发现对于硬场地上的远场地震波在时域内平稳段较短,下降段衰减较快,而在频域内则具有较大的中心频率和较宽的频带.利用均匀调制非平稳模型和时变修正Kanai-Tajimi非平稳模型模拟地震波的时变谱,把非线性函数的参数识别问题转化成求解无约束优化问题,利用拟牛顿迭代法求得最优解,得到3类不同场地上这两种模型的参数具体取值以及参数函数集的具体表达式.为了定量地确定模拟模型的精度,定义了误差函数,验证了所提时变谱参数识别方法的精度,给出了与建筑抗震规范相对应的不同场地不同烈度下多遇和罕遇地震的谱强度因子的大小.最后提出了利用求解时变线性微分方程组来合成非平稳地震波的方法.     

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。     

对比分析中国有关场地条件对设计反应谱最大值的影响

对国内有关场地条件对设计反应谱最大值影响的研究现状作了介绍,对不同研究者所采用的研究方法和得出的结论进行了对比。通过对比发现了4点不同:1)场地类别划分标准不同;2)所用地震记录来源不同;3)地震动强度的划分依据不同;4)在计算场地系数时所参照的场地类别标准也不同。同时,发现中国规范中Ⅳ类场地的范围过于小,有必要进行调整。综合上述分析,提出用峰值加速度来表示地震动强度,按照Ⅱ类场地的峰值加速度来进行分组,以有效峰值加速度EPA作为计算标准更加合理。利用真实的地震记录,根据各个台站的地质剖面图,按照中国现行的场地类别划分标准对所得到的场地进行类别划分,通过计算不同类别场地的EPA,结合这些分析结果,建议了用于不同类别场地设计反应谱最大值的一组经验系数     

液化土层对地表位移谱的影响

通过现场地震记录分析和理论计算,研究了液化土层对地表位移谱的影响规律,提出了液化位移增量谱和液化修正位移谱.对比了美国Superstition Hills地震和日本阪神地震中液化场地加速度时程和位移时程,分析了液化和非液化场地位移谱区别.采用改进的一维有效应力分析方法,计算了在不同强度和波型地震波输入下厚度和埋深不同的液化砂层对地表位移谱的影响.结果表明:液化对地表位移和位移谱有显著放大作用,位移谱在1s左右开始增大,加震最显著频段为1～5s,谱位移增加0.1～0.7m,烈度8度时平均加震增幅0.1～0.25m,9度时平均增幅0.4～0.7m.     

工程场地地震安评中加速度反应谱标准化问题的讨论

文中计算了不同地震输入模式下的拱桥地震反应,讨论了输入指定地震波进行时域计算结果和按对应的反应谱进行计算所得结果之间的差异,特别分析了分别按地震波的实际反应谱和经过标定的反应谱计算得到的拱桥地震反应之间的不同.数值结果表明:在工程场地地震安全性评价中,采用标准反应谱的方式所提供的场地地震加速度参数,将会抹杀土层场地动力特性对地表地震动的影响.因此,按此地震动参数进行结构反应计算时,有时会低估结构的地震反应,留下结构抗震不安全的隐患.     

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。     

福建历史地震与地震灾害特征史料分析

以中国地震学会历史地震专业委员会2005年复核审定的“福建省历史强震简目”为基础,将收集到的强震参数与“福建省志·地震志”的记载进行比较分析,找出差异,建立统计对比表,突出历史大地震的参数、地震影响和地震灾害特征,并就历史地震资料的修订和使用提出看法,充分认识和反映该地理区域真实的历史地震活动和震害影响,为福建地区历史...     

不同类型俯冲带地震竖向地震动阻尼修正系数对比研究

俯冲带地区竖向地震动的阻尼修正系数在工程结构抗震设计中起着重要作用。由于俯冲带地区的板块构造复杂,俯冲带地区的地震可划分为浅壳上地幔地震、板内地震和板间地震3种类型。为研究不同类型俯冲带地震的竖向地震动阻尼修正系数间是否具有显著差异而需要分别建立不同的阻尼修正系数模型,采用日本俯冲带地区的地震动数据,通过假设检验和构造差异指标的方式对不同类型地震的竖向加速度和位移反应谱的阻尼修正系数进行两两比较。结果显示:不同地震类型的竖向地震动阻尼修正系数在众多谱周期上存在统计意义和工程实际意义上的显著差异。该研究表明:研究俯冲带地区竖向地震动阻尼修正系数时需要考虑地震类型的影响。     

缺乏近断层强震观测资料地区抗震设计规范反应谱研究

根据最近几次的近断层地震观测记录研究显示,在现行结构抗震设计规范中很少考虑近断层效应的影响,对于缺乏近断层强震观测资料地区,抗震设计规范的改进方法及近断层效应的设计参数还没有统一结论. 本文基于UBC97近断层因子设计理念, 在收集世界范围内近断层观测记录的基础上,按场地和震级进行分类,建立了中长周期关键点处的加速度谱需求的衰减关系式,推导给出了缺乏近断层观测资料地区近断层影响因子的震级和断层距的关系式. 并以我国现行的建筑抗震设计规范为基础,建议了近断层影响因子的参考取值和修正后的反应谱曲线,为我国结构抗震设计提供了参考.      

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.     

岷县漳县6.6级地震及余震强震动记录特征分析

对2013年7月22日甘肃岷县—漳县地震获取的273条主余震加速度记录进行格式转换、基线校正和滤波等常规处理,分析该地震主震(M_S6.6)和余震(M_S5.6)两次地震记录的幅值、持时以及反应谱特征,发现M_S6.6主震记录的PGA范围在0.728～177.5 gal间,M_S5.6余震记录的PGA范围在0.732～69.3 gal间;将观测数据与霍俊荣和第五代《中国地震动参数区划图》地震动衰减关系进行对比,发现霍俊荣衰减关系更吻合于此次地震的主余震加速度衰减;绘制主余震5%～95%重要持时分布图,并针对主震62MXT反应谱和本地设计谱以及近些年国内主要强震震中反应谱开展比较分析;最后研究土层台、基岩台、相同台站各个震级反应谱的特征。     

Side-effect of using response spectral amplification ratios for soft soil sites—Earthquake source-type dependent amplification ratios

Our previous studies show that site effects (amplification of rock motions), source and path effects are coupled when response spectra are used to characterize the amplification ratios for a soil site modelled as nonlinear or elastic. The coupling is referred to as a “side effect” of using response spectral amplification ratios. In the present study we use a suite of rock site records, well distributed with respect to magnitude and source distance, from crustal, subduction interface and slab earthquakes to evaluate the response spectral amplification ratio for soft soil sites. We compare these side-effects for ground motions generated by three types of earthquakes, and we find that, at periods much shorter or much longer than the natural period of a soil site modelled as elastic, the average amplification ratios with respect to rock site ground motions from three types of earthquakes are moderately different and are very similar for other spectral periods. These differences are not statistically significant because of the moderately large scatter of the amplification ratios. However, the extent of magnitude- and source-distance-dependence of amplification ratios differs significantly. After the effects of magnitude and source distance on the amplification ratios are accounted for, the differences in amplification ratios between crustal and subduction earthquake records are very large in some particular combinations of source distance and magnitude range. These findings may have potential impact in establishing design spectra for soft soil sites using strong motion attenuation models or numerical modelling.     

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.     

Response spectrum of seismic design code for zones lack of near-fault strong earth- quake records

It was shown from the study on the recently near-fault earthquake ground motions that the near-fault effects were seldom considered in the existing Chinese seismic code. Referring to the UBC97 design concept for near-fault factors, based on the collected world-widely free-site records of near-fault earthquakes ground motions classified by earthquake magnitude and site condition, the attenuation relationship expressions of the acceleration spectrum demand at the key points within the long period and moderate period were established in term of the earthquake magnitude and the site condition. Furthermore, the near-fault factors’ expressions about the earthquake magnitude and the fault distance were deduced for the area lack of near-fault strong earthquake records. Based on the current Chinese Building Seismic Design Code, the near-fault effect factors and the modified design spectral curves, which were valuable for the seismic design, were proposed to analyze the seismic response of structures.     

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.