平稳随机地震动模型及其在土石坝随机地震反应分析中的应用

考虑地震动的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一均质土坝,并与K ana i谱和M arkov谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机地震动激励下的地震反应。     

基于《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。     

北川县城土层特性对地震动的影响

作为场地条件之一的土层特性(土层结构、土动力参数)对地表地震动参数的影响研究是一项具有重要理论和工程应用意义的研究课题。选择汶川地震强震区典型的钻孔资料和强震记录,以北川县城地勘标准孔和安县塔水波为基础,运用土层等效线性化程序计算了140个工程场地计算剖面,定量分析了土层特性改变对反应谱αmax、Tg及地震影响系数差△α影响的特点及规律。     

地震预警中地震动周期参数的快速估算方法研究

作为地震动三要素之一的地震动周期,对震害程度的影响极大。目前的地震预警系统还无法快速有效地估算地震动周期,使得地震破坏程度预测无法考虑地震动周期特性。为此,提出一种基于初至几秒地震波的预警参数快速估算地震动周期参数的方法。利用大量的日本KiK-net井下强震数据,分析初至3 s～6 s地震波的3种典型预警参数与4种典型地震动周期参数的线性分布情况、相关系数以及误差标准差。结果表明,最大卓越周期(τ_max^p)与反应谱加权平均周期(T_avg)、傅氏幅值谱平均周期(T_m)都高度相关,τ_max^p分别与T_avg和T_m建立的经验公式,能够实现T_avg和T_m的快速持续估算。在地震预警系统中,采用τ_max^p快速估算地震动周期参数,对于提高预警区域震害预测的准确性具有重要意义。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

汶川地震局部地形对地震动的影响

关于局部地形对地震动的影响,一直是地震工程学的研究热点。选取汶川地震中自贡地形台有强震记录的山脊地形和典型地震灾害的北川县城河谷地形进行了强震观测记录、规范方法和数值模拟下的地形放大效应分析,结果表明:(1)规范法基本上可满足一般工程场地的要求;(2)对人员密集居住的高度大于60 m的较陡地形,建议应进行二维(三维)数值模拟下的地形效应分析。这为规范的修订提供了一些基础资料。     

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。     

近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明:地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

参数对地震动随机模拟结果的影响分析*

随机有限断层法是模拟近场高频地震动常用的方法,且被国内外研究者证实是成功的且有效的模拟高频地震动的工具。由于随机有限断层模拟方法输入参数较多,造成对模拟结果的不确定因素也相应较多,因此在使用随机有限断层法时如何合理地确定输入参数则成为研究者需要考虑的首要问题,也是成功重建场点加速度纪录的关键环节。简要地介绍了地震动模拟的基本理论、流程和主要参数的意义,在国内外研究者的研究成果基础上以芦山 M_w6.6 地震为例重点分析了地震动持时对峰值加速度(PGA)、5% 阻尼比加速度反应谱(PSA)和加速度傅里叶谱(FAS)模拟结果的影响。主要得出以下结论：(1)在特定震级下,持时模型对峰值加速度影响较大,特别是断层距越小时,这种影响作用越明显;(2)通过四种持时模型得到的傅里叶谱和反应谱以及模型偏差分析可知,根据记录 90% 有效持时拟合其与震中距得到的持时模型表现较好。最后分析了脉冲百分比和断层上缘埋深等参数对模拟反应谱的影响,结果显示：(1)在相同震级下,反应谱幅值随脉冲百分比的变化差异不大;(2)在断层方位尺寸给定的前提下,反应谱幅值随上缘埋深的增加而减小。这些结论可以为随机有限断层模拟方法的工程实际应用时更合理地挑选参数提供理论依据,也可以相应的提高模拟精度。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。     

埋设管网系统地震危险性分析方法

埋设管网系统有如下三个特点,即:埋于地基中、在平面内延伸分布范围广、具有生命线工程的重要性,故其抗震设计与地震危险性分析方法也与一般房屋建筑不同。为此,本文提出了一种同时考虑给定地震下地震动场的空间相关性、局部场地条件及地震发生非确定性影响的地震危险性分析方法。本文建议的方法中给定地震下地震动场的确定包括四方面的工作:①确定地震动场的参数,用场内各点之间的相对运动(如相对变形)而不是单点的运动(如加速度);②在频域内确定场内单个点的地震动,以幅值谱与相位谱表示;③用若干个离散点的地震动来描述地震动场;④考虑局部场地的影响。地震动空间相关性与地震发生非确定性同时考虑之间的矛盾问题在本文方法中也得到了处理,采用这一方法的优点是在地震动场中同时考虑了震级、距离及场地的影响,本文提出的方法也可以用于在平面上分布范围较广的其它生命线网络工程。     

平稳地震地面运动改进金井清谱的相关函数模型

胡聿贤平稳地震地面运动谱模型是对Kanai-Tajimi模型的一种改进。通过数学推导证明胡聿贤谱是将基岩地震动模拟为过滤白谱过程,经具有某种特性的线性单自由度土层滤波后而形成的,从而在物理上解释了胡聿贤模型的合理性;研究了低频截止频率的作用,推导出胡聿贤模型的相关函数的表达式。本文所得结果可为结构随机地震反应时域分析提供基础。     

一种估计重大工程场地地震危险性的新方法

在简要回顾了地震危险性评定方法的要点之后,提出了一种评定工程场地地震危险性的新方法。这一方法的要点是：（１）用现在流行的方法对地震活动性进行统计分析和潜在震源划分,并将潜在震源简化为矩形断层模型;（２）在某一潜在震源上,一旦发生某一震级的地震,则采用强震地震学的研究结果从物理上模拟这次地震在重要工程场地引起的强地面运动;（３）在这一潜在震源上,可以构造出在预测的Ｔ年内符合震级－频度关系的一组随机地     

汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析

汶川8.0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8.0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8.0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

估计近场地震动的统计—经验格林函数法

本文提出统计-经验格林函数法,用以估计缺乏小震记录场点在大震时的地震动时程。统计-经验格林函数的富里哀幅值谱从其它类似场地获得的小震记录的富里哀谱的衰减关系中得到,其相位谱则直接取自小震记录的相位谱。本文分别用经验格林函数法和统计-经验格林函数法,用迁安台记录到的1976年唐山地震的三次余震(M_L 5.8、M_L 5.7和M_L 5.4)的加速度记录,合成唐山地震的最大余震滦县地震(M_s 7.1)时迁安台的加速度时程曲线,合成结果说明了所提方法的可行性。