中外抗震规范设计反应谱的规定及研究建议

抗震设计规范中的场地设计反应谱是一般工程抗震设计的依据,各国的抗震设计规范对场地设计反应谱的规定不尽相同。主要表现在反应谱的形状和谱参数的差异。本文收集了若干国家的抗震设计规范;在总结各国抗震设计规范中关于场地设计反应谱规定的基础上,对中国、美国、日本、欧洲、土耳其和智利等有代表性的国家和地区的抗震设计规范进行分析和对比研究;总结了我国抗震设计规范场地设计反应谱的演化历史和发展过程;提出了进一步开展这一领域研究工作的若干建议,本文的工作对从事场地设计反应谱研究的科技人员有重要的参考价值。     

中硬场地对华北地区不同地震环境地震动反应谱的影响

<正>以华北地区典型中硬工程场地为研究对象,运用一维等效线性方法进行土层地震反应分析计算,研究中硬场地对不同地震环境地震动反应谱的影响。采用地震危险性确定性分析方法得到的基岩反应谱作为输入地震动,收集华北地区中硬场地的钻孔资料、剪切波速及动三轴土样试验资料,并挑选典型的钻孔建立土层模型,进行大量的土层地震反应分析计算,从而得到多种地震环境下不同周期反应谱值的土层反应分     

设计反应谱拟合方法研究及特征参数统计

正地震反应谱是通过仪器记录并经过处理的强地面运动信息,利用强震记录研究不同场地的反应谱,对结构抗震设计具有重要的理论意义和工程应用价值。近20年来,我国在南北地震带所覆盖的川滇甘陕地区建立了大量的有详细场地资料的强震观测台站,获得了丰富的有研究价值的强震记录。本文在总结已有反应谱标定方法的基础上,提出了一种新的反应谱标定方法。利用川滇甘陕地区大量的强震记录,统计分析了设计反应谱的特征参数。本文主要研究     

典型场地的地震动参数特性和设计反应谱

为研究含软弱夹层场地土的地震动参数特性和设计反应谱的确定方法,在1个典型场地剖面的基础上,另外构造了2个剖面。利用一维等效线性化方法,计算了3个剖面的地震动参数,确定了场地相关反应谱标准谱,分析了软弱土层对场地相关反应谱的影响。通过与另外两个剖面场地相关反应谱和2010规范谱的比较,最后给出了含软弱夹层土典型场地设计反应谱的建议:小震按照典型场地场地相关标准谱;大震和中震的短周期段按照2010规范谱,长周期段按照场地相关标准谱。     

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。     

场的指数与地震动参数的关系

利用现场实测资料，对河北省玉田、宁河两县烈度异常区内外的５１个场地（村庄）进行了模拟唐山地震的地震反应计算；研究了地震动参数（地面加速度和反应谱特征周期）与场地指数的关系，验证了场地指数反映场地地震效应的有效性。     

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.     

浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度,采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应,将动力时程分析法结果作为参考解,对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明,在均质场地条件下,反应加速度法最大误差约18%,反应谱法最大误差约9%;在浅基岩场地条件下,反应加速度法最大误差约33%,反应谱法最大误差约16%;反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件,且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。     

场地指数与地震动参数的关系

利用现场实测资料，对河北省玉田、宁河两县烈度异常区内外的５１个场地（村庄）进行了模拟唐山地震的地震反应计算；研究了地震动参数（地面加速度和反应谱特征周期）与场地指数的关系，验证了场地指数反映场地地运效应的有效性。     

双规准化地震动加速度反应谱研究

本文提出了双规准反应谱的概念。在统计了美国西部大量强震记录的基础上,分别研究了规准反应谱和双规准反应谱的特性,并进行了详细的对比分析。研究结果表明,双规准反应谱比通常的规准反应谱有更好的规律性,这不仅有利于认识地震动的特性,还可使基于场地的抗震设计反应谱大大简化,更便于广大工程设计人员应用。     

2008年汶川MS8.0地震反应谱平台值衰减特性研究

2008年汶川M_S8.0地震获得了大量的强震动记录, 为研究反应谱特征参数衰减特性提供了重要的基础资料. 本文对已知场地条件的174个台站的记录进行研究, 计算其加速度反应谱并按照最小二乘分段拟合方法进行标定, 进而拟合了反应谱平台值的衰减关系;对比分析了水平方向与竖直方向反应谱平台值的衰减特性, 提出用“平台值的场地衰减影响系数”来定量研究不同场地类型对反应谱平台值的影响, 用“衰减曲线下降速率”来定量分析不同衰减曲线的衰减速率. 通过计算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类场地的平台值场地衰减影响系数平均值分别为0.5358, 1和1.579, 且Ⅲ类场地的加速度平台值衰减曲线的衰减速率最小.      

三种土层结构反应谱特征周期的统计分析

本文人工合成了若干条能够反映不同地震动特征的基岩加速度时程,并将其作为土层地震反应分析的地震动输入。选取了若干个软弱夹层分别在底部、中部和顶部的场地剖面,利用工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了不同场地类别,3种土层结构在不同地震动输入下的地表加速度反应谱的特征周期。给出了不同土层结构在统计意义上的反应谱特征周期的平均值,并通过与正常剖面反应谱特征周期的比较给出了不同场地类别,3种土层结构的反应谱特征周期的影响系数。本文的研究结果对进一步考虑场地分类具有一定的意义。     

基于HVSR谱比法研究场地反应非线性特征

针对汶川地震近断层的众多量大面广的Ⅱ类场地,选用理县木卡台作为研究对象,采用主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比结果,研究场地反应的非线性特征。结果表明:主震、余震、地脉动的速度反应谱HVSR谱比曲线平滑,峰值突出,清楚地给出了场地的卓越频率;场地地震反应随着PGA的变化出现明显的非线性反应,随着PGA的增大,小于100 gal余震、100～200 gal余震、200～300 gal余震以及主震的记录中场地卓越频率有向低频偏移的趋势。     

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.     

山东地区地震加速度反应谱特征周期的统计研究

本文收集整理了2010年至2013年期间山东地区830个地震安全性评价工程的场地类型、覆盖层厚度、钻孔剪切波速、自由基岩地震动峰值加速度和地震加速度反应谱特征周期等资料,在计算出场地指数的基础上,采用回归分析方法,对特征周期与基岩峰值加速度、场地指数之间的关系进行了统计研究,并得出了三者之间的定量表达式。结果表明,特征周期与基岩峰值加速度的自然对数呈线性相关,与场地指数呈非线性相关。     

震级、震中距和场地条件对地面运动反应谱的影响

本文利用日本强震观测资料,对于影响加速度相对反应谱(放大系数)形状的各种因素分别进行了研究。结果表明:震级和场地条件对反应谱形状的影响要远比震中距的影响明显。并在此基础上建议了可供设计使用的改进反应谱曲线。     

三种土层结构反应谱平台值的统计分析

本文以建筑抗震设计规范规定的反应谱为目标谱,通过调整加速度峰值和特征周期来人工合成数百条加速度时程曲线,并将其作为土层地震反应分析的地震动输入。在若干有工程意义的场地剖面中,选取和构造了部分软弱土层分别在底部、中部和顶部的三种土层剖面,利用土层地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了不同土层剖面在不同地震动输入下的地表加速度反应谱的平台值。在统计分析的基础上,给出了不同场地三种土层结构的反应谱平台值的平均值。通过与正常剖面的反应谱平台值比较,给出了三种土层结构的反应谱平台值的影响系数。本文的研究获得了一些有意义的成果。     

加速度反应谱规准化对场地位移时程的影响

文中以某一实际工程为例,讨论工程场地地震安全性评价中加速度反应谱规准化对工程场地地震位移时程所带来的影响。数值结果表明,根据规准化加速度反应谱得出的位移时程存在很大的误差。建议在工程场地地震安全性评价工作中,不宜进行加速度反应谱的标定工作。     

地下水对地震动参数的影响

为分析地下水的存在对地震动参数的影响,以3个实际场地作为计算土层,2条真实的地震波记录作为输入地震动,分别计算不含地下水工况和饱含地下水工况的土层地震反应。其中,不含地下水工况使用单相介质模型,饱含地下水工况使用双相介质模型,算法均使用有限差分方法,人工边界使用透射边界。根据得到的加速度时程,提取它们的峰值加速度和反应谱数据,经过对比分析,得出以下结论:(1)含地下水场地的地表峰值加速度要明显小于不含地下水场地的地表峰值加速度;(2)含地下水场地的地表加速度反应谱要大于不含地下水场地的反应谱值;(3)由于地下水的存在,场地放大系数反应谱特征周期向长周期改变,反应谱平台值变大。     

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。