时变功率谱空间变化性分析

基于我国台湾地区SMART-1密集台阵强震记录资料和Kameda的时变功率谱模型,利用多重滤波技术和非线性最小二乘法拟合得到每条记录的Kameda模型参数值;通过分析模型参数随频率变化的散点图分布规律,建立了时变功率谱模型参数随频率变化的随机模型。采用随机振动理论和多元统计分析方法,分析了沿波传播方向距离、垂直于波传播方向距离及测点所在位置土层厚度等局部空间位置变化对时变功率谱模型参数的影响规律,探讨了时变功率谱模型参数的空间分布形式,建立了各模型参数随空间坐标变化的随机预测模型,从而为重大工程多点输入地震动参数的确定和多点输入加速度时程的合成提供实用模型。     

近断层地震动加速度峰值衰减规律的研究

提出了近断层地面运动的衰减模型,对全球范围内6．0≤Mw≤7．6且震源深度均小于20km的636条地震动加速度峰值进行了统计分析,确定了本文研究的近断层区域为断层距25km,利用此范围内的440条记录进行了近断层加速度衰减规律的研究。水平地震记录分为硬土和软土两种场地类型,竖向地震记录只考虑土层场地,利用最小二乘法进行数据拟合分析,得到PGA随断层距和震源深度变化在不同震级处形成的衰减曲面,分析了近断层处水平、竖向的PGA以及竖向与水平PGA之比(V／H)的衰减规律。     

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。     

基于时域叠加的反应谱拟合的新方法

本文研究了反应谱拟合的时域叠加法,发现时域叠加法保留了实际加速度记录的全部相位特性和时变频谱特性,对原始地震动修改最小,在大多数情况下,可保留输入记录的非平稳特性和保持原始地震动的自然积分关系,是一种比较精确的方法。在此基础上本文提出了基于时域叠加的反应谱拟合的窄带时程反演构造法。该方法通过单自由度体系的稳态反应推导出窄带时程与反演输入时程之间的关系式,无需进行复杂的傅里叶逆变换,计算量小且精确简便,可非常方便地求出反演输入时程。通过本文方法可对任意时程波进行调整改造,改造后的地震动加速度时程既能与设计目标反应谱相符,又能保持原地震动加速度在时域上的特性,改造前后的时程波具有高度相似性。算例分析结果表明,本文方法合理可行,且拟合精度较高。     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

典型强震动加速度仪一致性检验

针对两种典型强震动加速度仪,ETNA与MR2002,利用汶川地震强余震流动观测进行了两仪器的一致性检验.通过架设在同一仪器墩上的2种强震动加速度仪在5次余震事件中所获取加速度记录的波形、峰值、傅里叶振幅谱及反应谱的对比分析可知,ETNA仪器记录的峰值加速度与MR2002仪器记录的峰值加速度间的最大相对误差达23.6％,且南北向峰值加速度差异大于东西向和竖向,竖向明显小于两水平向;反应谱及傅里叶谱变化趋势基本相同,只是幅值存在些微差异,且竖向谱值相差最小,明显小于两水平向,反应谱最大相对误差近5％,相对于低频反应谱,高频反应谱差异较大;此外,亦存在两仪器记录时程曲线反向、记录时间长度不等、触发点不同等差异.经分析认为,这些差异主要是由于两种不同仪器性能上的微差异、仪器参数设置不同、以及触发滤波算法不同等因素引起的.     

俯冲带板内地震竖向加速度谱阻尼修正系数模型研究

基于日本K-NET和KiK-net台网的4695条俯冲带板内地震记录,采用最小二乘法对阻尼修正系数(DMF)的几何均值进行关于阻尼比和谱周期的回归拟合,分场地类别建立了考虑阻尼比和谱周期的竖向加速度谱DMF模型.为探究震源、路径和场地效应对该模型残差分布的影响,采用随机效应模型将残差分离得到各类残差及相应的残差标准差,...     

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.      

考虑脉冲参数随机性的近断层地震动降维建模

根据50组近断层脉冲型强震动记录,采用连续小波变换提取最强速度脉冲分量,建立最强速度脉冲峰值时刻的统计模型。对近断层地震动加速度高频分量的演变功率谱模型参数进行识别,并利用谱表示-随机函数方法实现了降维模拟,进而积分得到速度高频分量。对脉冲参数进行随机化处理,并采用改进Gabor小波模型随机模拟速度低频分量。将速度高频分量与低频分量叠加得到近断层地震动速度时程。数值算例表明,近断层地震动加速度代表性时程集合的幅值谱和反应谱均与实测记录拟合一致,验证了降维模拟方法的工程适用性。近断层脉冲型地震动的降维模拟与概率密度演化理论相结合,可实现工程结构的随机地震反应与抗震可靠性精细化分析。     

近断层地震动作用下风机塔地震反应分析

为了研究近断层地震动速度脉冲及强竖向地震动对风机塔地震响应的影响,以某陆上风电场1.5 MW风机塔为研究对象开展了结构在水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动、水平与竖向地震动组合3种地震输入工况的时程分析。通过3种工况下塔顶位移时程、加速度时程、塔底剪力、弯矩及轴力的对比分析发现:近断层速度脉冲对结构塔顶水平位移、塔顶水平加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著;竖向地震动会加大结构的塔顶竖向加速度响应及塔底轴力响应;随着竖向与水平加速度峰值比增大,塔顶竖向加速度响应增大,最大轴力随着峰值比增大而增大,最小轴力随着峰值比增大而减小。此外,增量动力分析表明,采用自接触的有限元模型可以更真实地预测风机塔的失稳破坏机制。     

对二滩水电站坝区场地地面运动的估计

本文以二滩地区为例,介绍如何结合地震危险性分析的结果,采用理论模拟方法估计工作地区近场强地面运动情况,为工程抗震设计提供必需的地面运动动力学参数。 文中采用理论方法计算剪切位错点源的格林函数;根据断裂动力学模型、近场地面峰值加速度衰减曲线和场地附近的加速度谱来标定震源模型;计算了若在坝区附近发生M_s=6.2级地震时场地的综合地震图、加速度傅氏谱和反应谱等。由理论模拟计算的峰值加速度衰减曲线和观测结果符合较好。在震中距为20km处的加速度谱的截止频率f_max与观测值相吻合（约为8 Hz左右）,相应的峰值加速度为211cm/s²,振动持续时间为3.4秒。     

Seismic ground motion relationships in southern China based on stochastic finite-fault model

The characteristics of seismic ground motions in southern China are difficult to determine statistically due to a lack of strong ground motion data. In this study, a stochastic finite-fault ground motion model was adopted to simulate the seismic ground motions at bedrock for southern China, based on parameters derived from small and medium earthquakes that have occurred in the region. From these, the response spectra was estimated. A set of ground motion attenuation relationships was then developed based on simulated peak ground motions and response spectral parameters through regression, which would be applicable for use in engineering practice. Through comparisons, it was demonstrated that the proposed ground motion relationships are generally consistent with those obtained from other reported ground motion attenuation models for southern China.     

Seismic ground motion relationship in southern China based on stochastic finite-fault model

The characteristics of seismic ground motions in southern China are difficult to determine statistically due to a lack of strong ground motion data. In this study, a stochastic finite-fault ground motion model was adopted to simulate the seismic ground motions at bedrock for southern China, based on parameters derived from small and medium earthquakes that have occurred in the region. From these, the response spectra was estimated. A set of ground motion attenuation relations hipswas then developed based on simulated peak ground motions and response spectral parameters through regression, which would be applicable for use in engineering practice. Through comparisons, it was demonstrated that the proposed ground motion relationships are generally consistent with those obtained from other reported ground motion attenuation models for southern China.     

中强地震活动区地震动衰减关系的确定

地震动衰减关系是影响地震安全性评价特别是地震区划结果的重要因素.我国现行的地震动衰减关系主要是依据6级以上地震的地面运动资料得到的,并没有考虑中强地震的衰减特性.为此,文中利用现有的烈度资料和其他可供参考的研究成果来建立我国中强地震活动区的地震动衰减关系.收集了我国华中、华南、东北等地区的51次地震的烈度等震线资料,运用单随机变量加权最小二乘回归法得到中强地震活动区烈度衰减关系.然后以美国西部地区为参考地区,运用缺乏地震动参数的地震动估计方法-地震对映射法得到中强地震活动区峰值加速度和有效峰值加速度衰减关系.最后,通过与我国强地震区和中强地震区已有的烈度衰减关系和地震动衰减关系的对比,验证了得出的我国中强地震活动区烈度衰减关系和地震动衰减关系的合理性.     

川滇地区水平向强地震动衰减关系研究

利用近几年在川滇地区破坏性地震及汶川地震强余震中获得的951条加速度记录, 通过选取合适的衰减关系形式和距离参数, 经统计获得了川滇地区水平向峰值加速度与35个周期点对应的加速度反应谱(阻尼比0.05)衰减关系. 统计结果显示, 震级越大, 地震动随距离的衰减越慢; 加速度反应谱的短周期部分随距离的衰减明显快于长周期部分; 中强地震在近场也会产生较大的峰值加速度和较高的短周期加速度反应谱. 由于统计资料的非完整性, 本文统计结果尚不宜直接应用于相关工程场地的设计地震动参数确定中. 但本文结果与目前由转换方法得到的我国西部地震动参数衰减规律的较大差异提示: 进一步深入研究我国地震动参数衰减规律应是紧迫而重要的任务.      

强地震动幅值谱随机涨落特征的研究

本文从工程应用的观点，将强地面运动幅值谱?Ａ（ｆ）│表示为强度受到调制的随机过程即│Ａ（ｆ）│＝│Ａ（ｆ）│〔１＋ｎ（ｆ）〕其中，│Ａ（ｆ）│为随频率变化的确定性函数亦是│Ａ（ｆ）│的均值，ｎ（ｆ）为均值为零的随机过程。在随机过程ｎ（ｆ）为各态历经的假定下，研究了ｎ（ｆ）的功率谱密度函数的特征及其衰减形式。根据地震学的有关理论，提出了用四个参数控制幅值谱的均值随频率变化的函数形式并对拟合这些参数的     

根据渐进谱的统计规律生成地震加速度时程

基于美国西部80条基岩上的近场强震记录, 采用Nakayama方法生成记录的渐进谱, 并参照Kameda方式,用统计方法建立了根据震级、距离等地震参数预测渐进谱的统计模型. 提出一种以渐进谱为目标谱的生成幅值和频率非平稳地震加速度时程的迭代方法. 由于考虑了渐进谱幅值和相位的相互影响,所生成的时程的相位也是时频非平稳的,并在相位调整中识别了相位谱增量符号以加速迭代收敛进程. 最后根据统计回归的目标渐进谱模型和本文提出的拟合目标渐进谱的方法,可生成不同震级、距离条件下的幅值和频率均非平稳的地震加速度时程.      

Earthquake accelerogram simulation with statistical law of evolutionary power spectrum

By using the technique for evolutionary power spectrum proposed by Nakayama and with reference to the Kameda formula, an evolutionary spectrum prediction model for given earthquake magnitude and distance is established based on the 80 near-source acceleration records at rock surface with large magnitude from the ground motion database of western U.S.. Then a new iteration method is developed for generation of random accelerograms non-stationary both in amplitude and frequency which are compatible with target evolutionary spectrum. The phase spectra of those simulated accelerograms are also non-stationary in time and frequency domains since the interaction between amplitude and phase angle has been considered during the generation. Furthermore, the sign of the phase spectrum increment is identified to accelerate the iteration. With the proposed statistical model for predicting evolutionary power spectra and the new method for generating compatible time history, the artificial random earthquake accelerograms non-stationary both in amplitude and frequency for certain magnitude and distance can be provided.     

地震波双模态时变修正Kanai-Tajimi非平稳随机模型的改进及参数识别

在Vlachos等提出的双模态时变修正Kanai-Tajimi功率谱模型及其参数识别方法的基础上,利用杜修力等提出的Kanai-Tajimi功率谱滤波方法并引进遗传算法及二次优化识别技术进行改进,建立地震动时变功率谱的参数模型化方法。通过集集地震波的时变功率谱模型参数识别及模拟地震动算例,验证改进后的双模态时变修正Kanai-Tajimi功率谱模型的可行性和有效性,其方法可运用到重大工程结构抗震分析的设计地震动输入中。     

Levels of Probability of Exceedance for Current Code Spectra in China

Long-period acceleration spectra determined by seismic safety evaluation for project sites are generally lower than that given by relative code spectra. In this paper, we discuss the recurrence periods corresponding to the code spectra of different periods, by using ground motion attenuation laws for sites of types Ⅰand Ⅲ. We show the results that the longer the periods of code spectra are commonly the more conservative the seismic level is. As for the project examples in this paper, when the periods are longer than 3.7 or 5.2 seconds for sites of types Ⅰ or Ⅲ, the recurrence periods corresponding to the code spectra are longer than 5000 years. We suggest that some problems need to be further discussed, including the reliability of the present attenuation laws, the performance of those project structures that suffer long period seismic waves and have been designed according to the conservative codes, and the effects of ground motion parameters such as velocity and displacement on seismic design.