基于Hilbert-Huang变换的长周期地震动能量时频分布比较研究

远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是两种不同类型的长周期地震动,确定其能量的时频分布特性对理解长周期地震动作用下长周期结构的反应特点及揭示结构破坏机理具有重要意义.各选10条远场类谐和地震动、近断层脉冲型地震动与普通地震动,利用Hilbert-Huang变换,提取出各地震动的3-D Hilbert幅值谱、边际谱、Hilbert能量谱与瞬时能量曲线,在此基础上提出累积能量谱、强频段、能量时间分布系数等概念,定义了多个指标对比分析三类地震动的长周期特性、宽频带特性和脉冲特性.结果表明:与普通地震动相比,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的能量主要集中于较低的频段,长周期特性明显,且远场类谐和地震动的能量集中频段低于近断层脉冲型地震动;远场类谐和地震动的强频段宽度小于其他两类地震动,且能量在强频段内的分布比其他两类地震动均匀;与其他两类地震动相比,远场类谐和地震动的脉冲特性不明显;三类地震动的卓越频率与能量时间分布系数均存在明显的分布规律,可以作为地震动的能量表征参数.     

近断层地震动作用下超高层结构地震响应分析

研究了近断层脉冲型地震动作用下超高层结构的影响。选取了近断层脉冲型地震、近断层无脉冲型地震动和普通地震动,用三类地震动对超高层结构进行了7度(0.1 g)罕遇水准地震作用下的动力时程分析,对比分析三类地震动作用下超高层结构的动力响应。结果表明:近断层脉冲型地震动的脉冲特性放大了超高层结构的响应;近断层脉冲型地震动作用下结构响应在加强层处的突变值大于无脉冲型地震动及普通地震动作用下的突变值;近断层脉冲型地震动作用下结构的最大层间位移角出现下移的趋势。     

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。     

长周期地震动低频脉冲特性及反应谱分析

综合考虑远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动三类长周期地震动,对比分析不同类型长周期地震动的峰值与持时特征、低频特性、脉冲特性及反应谱特征,并探讨中、美、日、欧抗震设计谱在考虑长周期地震动影响方面的适用性。结果表明:长周期地震动的峰值、持时及反应谱特征明显区别于普通地震动,且三种长周期地震动之间亦存在显著差异;长周期地震动均具有低频脉冲特性,但不同类型长周期地震动在频域与时域内的能量分布规律不同;现行中、美、日、欧抗震设计谱均未综合考虑三类长周期地震动的影响,亟需开展综合考虑三类长周期地震动影响的抗震设计谱研究。     

近断层地震动对电厂主厂房的地震响应影响分析

以某电厂主厂房为研究对象,以远断层地震动、近断层非脉冲地震动和近断层脉冲型地震动三组不同地震动作为输入,对主厂房钢支撑框排架结构开展弹塑性分析。对最大层间位移角、柱的残余位移、基底剪力等指标在不同地震强度下进行了统计对比。研究发现,在设防地震作用下,三类地震动引起结构响应差异不明显;在罕遇地震作用下,近断层脉冲型地震动引起的结构响应与远断层和近断层非脉冲地震动引起的结构响应差异显著。研究工作对电力厂房在近断层脉冲型地震动下的响应进行分析研究,通过对比说明考虑近断层脉冲型地震动对于电力厂房结构抗震分析的重要性。     

近断层脉冲型地震动功率谱特性分析

计算分析了近断层脉冲型和无脉冲地震动的功率谱特性。与远场地震动相比,近断层脉冲型地震动的功率谱峰值最大,且在低频处能量集中,符合其长周期分量丰富和幅值大的特点;无脉冲地震动的功率谱峰值次之,对应的卓越频率大于脉冲型地震动功率谱的卓越频率,但仍小于远场地震动功率谱的卓越频率。建立了一种新的功率谱模型以拟合近断层地震动的平均功率谱,并得到了谱强度因子关于震源幅值系数、传播介质衰减系数和震中距的表达式。最后,从新的视角对近断层和远场地震动功率谱卓越频率产生差异的原因进行了诠释。     

近断层脉冲型地震动的降维模拟

提出一种近断层脉冲型地震动模拟的降维方法,将近断层脉冲型地震动分解为高频和低频2个部分:采用谱表示与随机函数方法生成高频加速度时程,并转化为相应的速度时程;采用Gabor小波模拟低频速度脉冲时程,将高低频的速度时程叠加得到合成的地震动速度时程,并转化得近断层脉冲型地震动的加速度和位移时程。结果表明:用3个基本随机变量模拟的近断层脉冲型地震动时程,可以反映近断层脉冲型地震动的方向性效应、速度大脉冲等特征,进而可为近断层区域工程结构的随机地震反应和抗震可靠度分析提供合理的输入。     

NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动各分量的适用性

鉴于传统的地震动预测模型未考虑速度脉冲的影响,可能会低估近断层区域的地震风险,而新一代NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动的适用性有待研究。首先,收集了2013年以来的近断层地震动记录,在充分考虑脉冲方向的不确定性条件下,基于小波方法定量地识别出速度脉冲记录,形成了最新的速度脉冲记录数据库;然后,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,基于偏差参数分析方法,定量地研究NGA-West2地震动预测模型分别对速度脉冲原始记录和提取长周期脉冲后的残余记录的适用性。研究结果显示,NGA-West2中的四个地震动预测模型均会低估近断层速度脉冲记录,特别是在脉冲周期附近的周期段内速度脉冲观测值远远大于这四个预测模型的预测值,但残余记录观测值与NGA-West2中四个地震动预测模型的预测值较吻合。值得注意的是,CB2014地震动预测模型能更好地预测残余记录。     

近断层速度脉冲型地震动相关问题研究

近断层速度脉冲型地震动研究对揭示建筑结构的破坏机理、开展抗震设防以及抗震设计具有重要价值。首先,对速度脉冲成因进行了系统的总结,并探讨了区分方向性效应速度脉冲和滑冲效应速度脉冲的思路;其次,系统地介绍了近断层速度脉冲的识别方法,评述了各种脉冲识别方法的优缺点;然后,基于速度脉冲特性,探讨了前方向性效应对速度脉冲特性的影响以及速度脉冲对反应谱的放大作用;最后,对速度脉冲型地震动输入方法以及对结构响应研究进行了系统总结,探讨了速度脉冲型地震动输入的关键问题。基于丰富的理论研究,未来对于速度脉冲型地震动研究工作应当充分结合实际工程需求,推进理论成果的规范标准化与工程实践。      

震源机制参数对模拟地震动场速度脉冲的影响

近断层区域脉冲型地震动对于大跨度工程结构地震响应具有重要影响,然而大震近场记录的匮乏使得探究脉冲型地震动的特征较为困难．本文借助基于运动学震源模型的地震动合成方法,合成不同震源机制参数情况下的近场地震动场．采取基于能量的速度脉冲识别方法,提取合成地震动场中的速度脉冲并计算脉冲周期和幅值,分析震源机制参数对速度脉冲空间分布及脉冲特征参数的影响规律．研究表明：断层走向变化主要影响脉冲型地震动的方位;倾角和滑动角主要影响脉冲型地震动的数量和分布方位;脉冲型地震动更易出现在与断层走向斜交的方向上,在垂直断层走向方向上脉冲型地震动分布相对较少;走向对脉冲特征参数影响很大;相对于脉冲周期,断层倾角对脉冲幅值影响更显著;倾滑断层引起的垂直分量脉冲周期明显大于其他震源机制情况．     

Characterization of Earthquake Strong Ground Motion

— Some underwater landslides are triggered by strong ground motions caused by earthquakes. This paper reviews current concepts and trends in the characterization of strong ground motion. Improved empirical ground motion models have been derived from a strong motion data set that has grown markedly over the past decade. However, these empirical models have a large degree of uncertainty because the magnitude-distance-soil category parameterization of these models often oversimplifies reality. This reflects the fact that other conditions that are known to have an important influence on strong ground motions, such as near-fault rupture directivity effects, crustal waveguide effects, and basin response effects, are not treated as parameters of these simple models. Numerical ground motion models based on seismological theory that include these additional effects have been developed and extensively validated against recorded ground motions, and used to estimate the ground motions of past earthquakes and predict the ground motions of future scenario earthquakes.     

地震强地面运动的特征描述

描述强地面运动特征的现行观点和发展趋势。过去十几年中,有赖于强地面运动观测数据的积累,得到一些改进的地面运动经验模型。然而,这些模型具有很大的不确定性,因为“震级-距离-土类型“”的参数化相对实际过于简单。其他一些对强地面运动有重要影响的参数,例如:近断层地区的破裂方向性、地壳波导效应、盆地响应等,没有在这些模型中得到反应。建立在地震学理论基础上,并包含了这些附加条件的地面运动数值模型已经得到开发,它们被记录到的地面运动验证是有效的,并且被用来评估过去地震的地面运动,以及对未来地震的地面运动进行预测。     

地形对地震动的影响规律研究

基于四川自贡西山公园台站实测的汶川地震波以及大型振动台试验数据,研究了地形对16种地震动强度参数和反应谱的影响规律,并详细分析了自贡西山公园场址内地表峰值加速度的变化规律。结果表明,在EW方向,高程仅对PGD、SMA、VSI、HI、V_RMS具有一定的影响;在NS方向,高程对PGD、V_RMS、SMA、SED、A_RMS、VSI、HI的作用可以忽略;在UD方向,SMV、PGD、V_RMS、SMV、ASI、VSI、HI的大小几乎不受高程的影响;斜坡场地反应谱幅值在短周期部分（T≤1 s）随着高程的增加而增加,长周期部分（T＞1 s）反应谱幅值几乎不发生变化,局部地形对加速度响应的影响程度大于高程。     

长周期地震动研究综述

本文对长周期地震动研究的主要方法,即经验统计方法和震源模型方法进行了总结,分析了它们的适用范围和存在的问题。对长周期地震动的研究趋势进行了分析。     

岩溶场地地表地震动特性研究

对典型岩溶场地进行土层地震反应分析,并与非岩溶场地土层的地震反应进行对比,研究岩溶场地地表地震动的基本特性,为岩溶区工程场地地震动参数的确定提供参考。实例研究表明:与非岩溶场地的土层地震反应相比,岩溶场地土层对地震波的放大效应较强,地表地震动的频率偏高;当岩溶场地中发育有土洞时,地表地震动加速度峰值比不含土洞的岩溶场地要大。     

Hybrid-Empirical Ground Motion Estimations for Georgia

Ground motion prediction equations are essential for several purposes ranging from seismic design and analysis to probabilistic seismic hazard assessment. In seismically active regions without sufficiently strong ground motion data to build empirical models, hybrid models become vital. Georgia does not have sufficiently strong ground motion data to build empirical models. In this study, we have applied the host-totarget method in two regions in Georgia with different source mechanisms. According to the tectonic regime of the target areas, two different regions are chosen as host regions. One of them is in Turkey with the dominant strike-slip source mechanism, while the other is in Iran with the prevalence of reverse-mechanism events. We performed stochastic finite-fault simulations in both host and target areas and employed the hybrid-empirical method as introduced in Campbell (2003). An initial set of hybrid empirical ground motion estimates is obtained for PGA and SA at selected periods for Georgia.     

卢龙地震动场的预测

分别用经验格林函数方法和随机方法对卢龙ML5.7地震的地震动进行模拟对比研究,结果显示:用经验格林函数方法模拟得到的波形和反应谱都与原始记录接近,用该方法模拟的地震动,无需掌握场地的具体情况;对于无小震记录的地区,如果知道了其场地情况与附近有小震记录地区相似,可以用该小震记录作为经验格林函数模拟地震动。对于不能用经验格林函数方法模拟地震动的地区,可以用随机方法模拟地震动。用随机方法模拟地震动具有简单、方便、无需小震记录的优点。根据卢龙场地具体条件,尝试用两种方法结合预测了卢龙地震加速度场,结果比较好地反映了断层周围加速度的峰值分布规律。     

The Barrier Model and Strong Ground Motion

— An overview of the most important developments in Engineering (or Strong Motion) Seismology is presented alongside Professor Keiiti Aki's contributions, who is one of the founders of this field. The mechanics of earthquake rupture are discussed with due emphasis on the various physical phenomena. The presentation is made in a tutorial manner, borrowing freely from Keiiti Aki's papers, and endeavoring to emulate his unique style of clarity, simplicity and synthetic ability.     

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。