速度脉冲型地震动瞬时输入能特性研究
地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响
地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响贺秋梅;李小军;李亚琦;周伯昌;张江伟;傅磊【摘要】为探讨近断层地震动的速度脉冲对结构抗震能力的影响特征,以某高温气冷堆核电厂结构为研究对象,利用有限元软件建立线性三维模型,选择4组具有速度脉冲特性的近断层地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,对模型进行动力时程分析,对比在有、无速度脉冲地震动作用下模型的地震反应.研究发现,虽然反应过程中结构仍处于弹性阶段但是地震动的速度脉冲对结构的位移反应具有一定的不利影响,这一点与已有的基本认识不同.因此对于需要安装对位移反应较为敏感设备的高温气冷堆核电厂房,应充分关注地震动速度脉冲对结构反应的影响.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】8页(P799-806)【关键词】爆炸力学;速度脉冲;有限元方法;高温气冷堆核电厂;强震动记录;动力时程分析【作者】贺秋梅;李小军;李亚琦;周伯昌;张江伟;傅磊【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;北京工业大学,北京100022;中国地震局地球物理研究所,北京100081;上海金港北外滩置业有限公司,上海201200;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】O382根据现行核安全法规、导则和技术标准的规定，在核电厂选址中，需要按照相关规定完成地震调查工作，开展地震安全性评价，使核电厂选址尽量避开地震活动区域和地震构造复杂地区[1]。
但由于地震活动性存在极大的不确定性，许多被认为不会发生强烈地震的地区，都先后发生了“意想不到的地震”[2]。
如2007年7月16日发生的日本新溻6.8级地震，震中距离日本东京电力公司所属的柏崎刈羽核电站仅9 km[3]；2006年12月26日发生的台湾恒春海外地震，震中距离台湾第三核电厂(Maanshan NPP)仅16 km [4]。
集集地震近断层速度脉冲分析
集集地震近断层速度脉冲分析罗全波; 陈学良; 高孟潭; 李宗超; 李铁飞【期刊名称】《《国际地震动态》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】10页(P2-11)【关键词】近断层速度脉冲; 方向性效应; 滑冲效应; 上盘效应; 峰值速度; 速度反应谱【作者】罗全波; 陈学良; 高孟潭; 李宗超; 李铁飞【作者单位】中国地震局地球物理研究所北京 100081【正文语种】中文【中图分类】P315.9引言在近断层区域，当发震断层以接近场地剪切波的速度发生破裂时，会释放板块内部经过较长时间所积累的巨大能量。
由于能量是在瞬间得以释放，因此，在台站观测记录的初始阶段出现了波形简单、高幅值、长周期的速度脉冲。
由于地震波冲击作用和结构共振效应的存在，近断层强地震动中含有的长周期速度脉冲会对大型土木工程结构（桥梁、隧道、储油罐等）造成严重的破坏。
地震学界和工程学界已广泛认识到，长周期建筑随着经济快速发展呈现出逐年递增的趋势，开展速度脉冲的研究对地震危险性分析和工程抗震设计具有极其重要的意义。
国内外发生的多次脉冲型大地震造成了严重的人员伤亡和财产损失，如1979年Imperial Valley地震、1994年Northridge地震、1999年台湾集集地震和2008年汶川地震，由震害调查和数值模拟均表明，近断层区域具有较大的地表破裂和集中性的强地震动[1-2] 。
为了分析近断层速度脉冲，学者们从脉冲特征、能量叠加以及震源参数等角度进行了研究[3-5] 。
NGA数据库从历次大地震事件中收集到的速度脉冲记录不到200条，而中国台湾密集的数字化强震台网在集集地震中获得了大量脉冲记录，这为分析速度脉冲提供了重要的数据基础。
本文基于学者们的已有研究成果[6-7] ，以1999年集集大地震为例，简述了速度脉冲的方向性效应、滑冲效应和上盘效应。
沿着断层走向和不同断层距的区域，比较了速度大脉冲的峰值特征和分布范围，从统计意义上分析了脉冲型平均速度反应谱的三分量特征，并讨论了近断层脉冲型地震动可能引起的地质灾害。
地震动瞬时能量谱与结构位移响应关系研究
function, IM F) ,然后对各模态分量进行 H ilbert变换构造解析信号 ,得到信号的瞬时频率和振幅 ,进而得到三
维 H ilbert时频谱 ,获取信号的局部特性 。经验模态分解 ( emp irical mode decomposition, EMD )的目的就是将
复杂信号分解成一组具有较优 H ilbert变换性能的固有模态函数 ,即保证信号经 H ilbert变换后具有清晰的瞬
Abstract: Instantaneous energy spectrum is obtained by the HHT transform to analyze structure’s disp lacement re2 sponses. Notable characteristics of long2period structure are found: The instant of maxim al disp lacem ent response of structure is later than the instant of maximal peak value of earthquake energy. Structural dynam ic characteristic pa2 ram eters ( especially free vibrafion frequency) and earthquake style p lay an important role in determ ining the energy peak value appearing instant. The simulation results also indicate that the destruction or collap se of long period structure does not happen at the appearing instant of the greatest intensity of earthquake ground motion, but fre2 quently at the final stage of earthquake ground motion, or even after the earthquake ground motion comp letely ends, which can p rovide scientific basis for the structure design and safety. Key words: H ilbert2Huang transform; disp lacem ent response; long period structure; disp lacem ent delay
地震动的速度脉冲对结构反应及结构减隔震性能影响研究
平 ，而且使 岩 样 的各 向异 性更 早 出现 在岩 样 中。受损 岩样 最 终 的破 裂 方 向在 初 始扩 容 时就 已 经被 决 定 了，而未 受损 岩样 最终 的破 裂方 向直 到应 力达 到 主 扩容 点 时才 被决 定 ，但 受 损岩 样 与未 受损岩样 在 最终破 裂 时各 向异性基 本相 同。ＡＥ的定位 结果 也表 明，初 始 裂纹 损伤 越 大 ，
裂 纹 问越容 易发 生相 互 作用 ，从 而越 早形 成局部 剪切 带 。而不 受损 岩样 的裂纹 首 先是 均 匀扩
展 在 岩样 中。 （ ３ ）由于 岩样 中增 加 的裂纹 损伤 ， 裂 纹和 孔 隙 中的 流体 对岩 石脆 性破坏 过 程 中的物理 力
学性 质也发 挥 着重要 作 用 。流体 的存 在特 别是 难 以压 缩 的流体 如 水 的存 在 ，则会 对裂 纹起 到
近 断层地 震 动 非常 复杂 ，受地 壳介 质和 地表 局 部场 地 影 响 的 同时 ，更 受地 震 断层破 裂 尺 度 、断层 面 位错 的发展 过 程 、破 裂 速度 、滑 动方 向等 因素 的 影响 。近 断层地 震 动 常具 有震 动 集 中性 、 速 度脉 冲 、永 久位 移 以及破 裂 的方 向性和 上／ 下盘 效应 等特 征。其 中，地震 动速 度脉
国
际
地
震
动
态
冲 随带着 很高 能量 ，结构 在近 断层脉 冲 型地震 动激 励 下 的反 应 力 、位 移和 延 性都 会较 一 般地 震 记录 激励 下的大 。本 文 的研 究 目的是揭 示近 断层 速度 脉冲 的工程 影 响特 性 ，为近 断层 区域 工程结构 抗震 设 防提供有 参考价 值 的建 议 。为 了排 除地震 动谱特 征 的不 同对结 构地 震 反 应分 析 结果所 造成 的影 响 ， 本 文提 出 了一种 控 制地 震 动峰值 速 度 和 位 移 的人 工 合 成地 震 动 的方 法， 将 实 际的速度 脉冲 型地震 动 与相对应 的有 相 同反 应谱且 控制 峰值速 度 但 无速度 脉 冲 的人 工合 成地 震动作 为输 入 ，对工程 结构 的地 震反应 进 行对 比分 析 ，以突 显速度 脉 冲这 一 因素对 工 程结构 的 影响 。在进行 工程 结构 反应分 析计 算 时 ，考 虑 了速度 脉 冲 形 成机 制 的 不 同，分 别 选 取 了典 型 的具有 向前方 向性 效应和 具有 滑冲效 应 的速 度脉 冲 型强震 动记 录时程作 为输 入地 震 动 ，同时建 立 了钢筋 混凝土框 架 结构 、基础 隔震建 筑和 大跨斜 拉 桥结 构 ３种 代表 性 结 构模 型。计 算分析 了地 震动 的速度脉 冲对 结构地 震反 应 和减 震效 果 的影 响 ，及 两种 不 同产 生机 理 的地 震 动速度脉 冲对框 架结 构建 筑及基 础 隔震建 筑影 响 的差异 。 本 文主要研 究 内容和结 论包 括 以下 ５个 方面 ： （ １ ）提 出一种 以绝对 加速度 反 应谱和 峰值 加速 度 、峰值 速度 、峰值 位 移 多参数 为控 制 目 标 的人工地 震 动时程合 成 的方法 。在 拟合 目标加 速度 反 应谱 的 前提 下 ，通过 单 独调 整傅 里 叶
垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析
第４３卷㊀第２期２０２１年３月地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报C H I N A E A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GJ O U R N A LV o l ．４３㊀N o ．２M a r c h ,２０２１㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ１２Ｇ０５㊀㊀基金项目:国家自然科学基金项目(５１９６９０１９,５１４６８０４５);江西省教育厅科技项目(G J J １６０７０３);南昌航空大学研究生创新专项资金项目(Y C ２０１８０６７)㊀㊀第一作者简介:李华聪(１９９４－),男,硕士研究生,主要从事地震动输入机制研究.E Ｇm a i l :９０７１０００２４＠q q ．c o m .㊀㊀通信作者:钟菊芳(１９７２－),女,教授,博士,主要从事地震动输入机制研究.E Ｇm a i l :z h jf _８１４＠１６３．c o m .李华聪,钟菊芳．垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析[J ]．地震工程学报,２０２１,４３(２):３３１Ｇ３４４．d o i :１０．３９６９/j ．i s s n ．１０００－０８４４．２０２１．０２．３３１L IH u a c o n g ,Z HO N GJ u f a n g ．C h a r a c t e r i s t i c so fP u l s eP a r a m e t e r sP e r p e n d i c u l a ra n dP a r a l l e l t ot h eF a u l tD i r e c t i o n [J ]．C h i n a E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g J o u r n a l ,２０２１,４３(２):３３１Ｇ３４４．d o i :１０．３９６９/j ．i s s n ．１０００－０８４４．２０２１．０２．３３１垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析李华聪,钟菊芳(南昌航空大学土木建筑学院,江西南昌３３００６３)摘要:如何实现速度脉冲参数化并对其参数进行特性分析是一个值得深究的问题.从N G A ＧW e s t ２强震动数据库选取１２６组近断层脉冲型地震动记录,采用速度脉冲模型,基于最小二乘法拟合得到水平分量的速度脉冲模型特征参数,研究震级㊁断层距㊁场地类别对脉冲参数的影响,并对比垂直和平行断层分量脉冲参数的特性差异.结果表明:垂直断层分量的脉冲峰值随震级和断层距的变化速率均快于平行断层分量的相应值,场地条件对脉冲峰值随震级和断层距的变化规律具有较大影响;半脉冲周期与主脉冲周期存在强线性相关性,两者随震级的变化规律存在差异;当震级相同时,基岩场地上的脉冲峰值时刻小于土层场地;对于集集地震来说,较小的形状参数主要分布于靠近破裂断层处,随着断层距的增大,不同分量之间的脉冲形状参数的差异也随之变大.关键词:速度脉冲;脉冲参数;震级;断层距;场地条件;垂直断层分量;平行断层分量中图分类号:P ３１５．９㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１０００－０８４４(２０２１)０２－０３３１－１４D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１０００－０８４４．２０２１．０２．３３１C h a r a c t e r i s t i c s o fP u l s eP a r a m e t e r sP e r pe n d i c u l a r a n dP a r a l l e l t o t h eF a u l tD i r e c t i o nL IH u a c o n g ,Z HO N GJ u f a n g(C o l l e g e o f C i v i lE n g i n e e r i n g ,N a n c h a n g H a n g k o n g U n i v e r s i t y ,N a n c h a n g ３３００６３,J i a n gx i ,C h i n a )A b s t r a c t :H o w t o r e a l i z e t h e p a r a m e t e r i z a t i o n o f v e l o c i t y p u l s e a n d a n a l y z e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f pa r a m e Ｇt e r s i s a p r ob l e m w o r t h y o f f u r t h e r s t u d y ．I n t h i s p a p e r ,１２６g r o u p s o f n e a r Ｇf a u l t p u l s e Ｇl i k e g r o u n dm o Ｇt i o n r ec o rd swe r e s e l e c t e df r o mt h eN G A ＧW e s t ２d a t a b a s e ．T h e v e l o c i t yp u l s em o d e lw a s u s e d t oo b t a i n t h e c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s o f h o r i z o n t a l c o m p o n e n t b a s e do n t h e l e a s t s qu a r em e t h o d ．T h e e f f e c t so f m a g n i t u d e ,f a u l t d i s t a n c e ,a n d s i t e t y p e o n t h e p u l s e p a r a m e t e r sw e r e s t u d i e d ,a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p u l s e p a r a m e t e r s o f f a u l t Ｇn o r m a l c o m p o n e n t a n d f a u l t Ｇp a r a l l e l c o m p o n e n tw e r e c o m p a r e d ．T h e r e Ｇs u l t s s h o w e d t h a t t h e c h a n g e r a t e o f p e a k p u l s e v a l u e o f f a u l t Ｇn o r m a l c o m p o n e n tw i t hm a gn i t u d e a n d f a u l t d i s t a n c e i s f a s t e r t h a nt h a to f f a u l t Ｇp a r a l l e l c o m p o n e n t ,a n dt h es i t ec o n d i t i o n sh a v ea g r e a t i n f l u e n c e o n t h e v a r i a t i o n o f p e a k p u l s ew i t hm a g n i t u d e a n d f a u l t d i s t a n c e ．T h e r e i s a s t r o n gl i n e a r c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eh a l f p u l s e p e r i o da n dt h em a i n p u l s e p e r i o d,a n dt h ev a r i a t i o no f t h e m w i t h t h em a g n i t u d e i s d i f f e r e n t．W i t h t h e s a m em a g n i t u d e,t h e p u l s e p e a km o m e n t i nb e dＧr o c ks i t e i s s m a l l e r t h a n t h a t i n s o i l s i t e．F o r t h eC h iＧC h i e a r t h q u a k e,t h e s m a l l s h a p e p a r a m e t e r s a r em a i n l y c o n c e n t r a t e dn e a r t h e r u p t u r e f a u l t．W i t h t h e i n c r e a s e o f f a u l t d i s t a n c e,t h e d i f f e r e n c e o f p u l s e s h a p e p a r a m e t e r s b e t w e e nd i f f e r e n t c o m p o n e n t s a l s o i n c r e a s e s．K e y w o r d s:v e l o c i t yp u l s e;p u l s e p a r a m e t e r;m a g n i t u d e;f a u l td i s t a n c e;s i t ec o n d i t i o n s;f a u l tＧn o r m a l c o m p o n e n t;f a u l tＧp a r a l l e l c o m p o n e n t０㊀引言近断层地震动具有明显区别于远场地震动的典型特征,如上㊁下盘效应㊁方向性效应㊁速度脉冲效应㊁永久地面位移效应等,这些显著的近断层地震动特征导致建筑结构遭受严重破坏[１].已有研究[２Ｇ３]表明,近断层区域内的工程结构承受高能量冲击,产生较大位移和变形与近断层地震动中的长周期速度脉冲有关.随着社会经济的不断发展,长周期构(建)筑物呈现出逐年增长的趋势,如超高层建筑㊁大跨度桥梁㊁大型储液罐等.开展近断层速度脉冲特性研究对揭示近断层区域的工程结构地震破坏机理以及开展抗震设防具有重要价值[４].速度脉冲特征主要由峰值㊁周期㊁峰值时刻㊁形状等参数来表征.国内外不少学者研究了速度脉冲的周期㊁峰值与震级㊁断层距㊁场地类别之间的关系, S o m e r v i l l e[５]对脉冲峰值和周期进行回归分析,给出了它们的衰减关系;B r a y等[６]建立了基岩和硬土两种不同场地类别的脉冲峰值和周期关于震级和断层距的回归模型;刘铁林等[７]从N G AＧW e s t２数据库中筛选出１２６组近断层脉冲型地震动记录,研究了脉冲峰值和P G V/P G A与场地类别㊁矩震级以及断层距的关系.但仅有周期和峰值两个特征参数还无法确定一条完整的速度脉冲时程,还需进一步对速度脉冲的峰值时刻以及形状参数与震级㊁断层距㊁场地类别之间的关系进行探讨.目前研究者通常关注垂直断层走向分量上的速度脉冲特性.已有研究[８]表明,在与断层走向不垂直的其他方向也存在着低频速度脉冲信号,并且某些结构和土体本身可能对双向水平地震动输入更敏感,因此有必要对平行断层分量上的速度脉冲特性进行深入分析.王宇航[９]通过对近断层记录进行分析,得到了水平分量与竖向分量的脉冲周期㊁峰值速度和峰值对应时刻的经验公式.由于震源机制㊁震源破裂过程㊁传播途径和局部场地条件等的不确定性,不同水平分量也会表现出不同的速度脉冲特性,但研究者忽略了这种差异性.谢俊举[１０]采用小波分析识别出脉冲型记录,统计分析了脉冲幅值㊁周期与震级㊁距离的关系.该分析所采用的小波方法以峰值速度大于３０c m/s作为判断速度脉冲信号的其中一个条件,但这样的规定过于严格,某些不满足该条件的长周期速度脉冲信号可能被过滤掉.这些被过滤掉的速度时程依然具有明显的长周期特性,其对结构的影响作用同样不容忽视.合理的等效速度脉冲模型能从复杂地震动记录中提取出脉冲成分[１１],国内外学者对此开展了大量研究.本文首先对李晓轩提出的速度脉冲模型的适用性进行分析,按照波形匹配原则,从P E E R强震动数据库的１２６组近断层脉冲型地震动记录中提取出脉冲特征参数,借助统计回归方法研究脉冲峰值㊁周期㊁峰值时刻㊁形状参数与震级㊁断层距㊁场地条件之间的关系,并比较垂直断层分量和平行断层分量的速度脉冲特性差异,该结果可为近断层速度脉冲特性研究提供一些参考.１㊀速度脉冲型地震动记录选取美国抗震设计规范以地表以下３０m处的等效剪切波速v S３０作为场地分类依据(表１).表１㊀美国场地分类标准T a b l e１㊀A m e r i c a n s i t e c l a s s i f i c a t i o n s t a n d a r d场地类别岩土类别v S３０/(m s－１)A坚硬岩土＞１５００B岩石７６０~１５００C坚硬土或软基岩３６０~７６０D中硬土１８０~３６０E中软土＜１８０FＧ含有特殊土层近断层地震动一般是指距断层破裂面小于２０k m范围内,地震波引起地表附近土层的强烈振动[１２].本文采用P E E R强震数据库检索得到１２６组断层距小于２０k m的脉冲型地震动记录,并按照美国场地分类标准将１２６组地震记录场地划分为基岩(A㊁B㊁C)和土层(D㊁E)两类(表２).２３３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年表２㊀１２６组近断层速度脉冲型地震动记录T a b l e ２㊀１２６n e a r Ｇf a u l t v e l o c i t ypu l s e g r o u n dm o t i o n r e c o r d s 编号地震事件震级断层距/k m 场地编号地震事件震级断层距/k m场地７７S a nF e r n a n d o６．６１１．８０基岩１４３T a b a s _I r a n７．３５２．１０基岩１４７C o yo t eL a k e ５．７４９．００土层１４８C o y o t eL a k e ５．７４７．４０土层１４９C o y o t eL a k e ５．７４５．７０土层１５０C o y o t eL a k e ５．７４３．１０基岩１５９I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３０．７０土层１６１I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３１０．４０土层１７０I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３７．３０土层１７１I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３０．１０土层１７３I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３８．６０土层１７８I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３１２．９０土层１７９I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３７．１０土层１８０I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３４．００土层１８１I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３１．４０土层１８２I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３０．６０土层１８４I m p e r i a lV a l l e y Ｇ０６６．５３５．１０土层１８５I m p e r i a lV a l l e yＧ０６６．５３７．５０土层２８５I r p i n i a _I t a l y Ｇ０１６．９０８．２０基岩２９２I r p i n i a _I t a l y Ｇ０１６．９０１０．８０基岩３１６W e s t m o r l a n d ５．９０１６．７０土层４５１M o r g a nH i l l ６．１９０．５０基岩４５９M o r ga nH i l l ６．１９９．９０基岩５６６K a l a m a t a _G r e e c e Ｇ０２５．４０５．６０基岩５６８S a nS a l v a d o r ５．８０６．３０基岩５６９S a nS a l v a d o r ５．８０７．００基岩７２２S u p e r s t i t i o nH i l l s Ｇ０２６．５４１８．５０土层７２３S u pe r s t i t i o nH i l l s Ｇ０２６．５４１．００土层７６４L o m aP r i e t a ６．９３１１．００土层７６６L o m aP r i e t a ６．９３１１．１０土层７６７L o m aP r i e t a ６．９３１２．８０土层８０２L o m aP r i e t a ６．９３８．５０土层８０３L o m aP r i e t a ６．９３９．３０土层８２８C a peM e n d o c i n o ７．０１８．２０基岩８７９＂L a n d e r s ７．２８２．２０基岩９８２N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．４０基岩９８３N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．４０基岩１００４N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９８．４０基岩１０１３N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．９０基岩１０４４N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．９０土层１０４５N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．５０土层１０５０N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９７．００基岩１０５１N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９７．００基岩１０５２N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９７．３０基岩１０５４N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９７．５０土层１０６３N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９６．５０土层１０８４N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．４０土层１０８５N o r t h r i d g e Ｇ０１６．６９５．２０基岩１０８６N o r t h r i d ge Ｇ０１６．６９５．３０基岩１１０６K o b e _J a p a n ６．９０１．００土层１１１４K o b e _J a p a n ６．９０３．３０土层１１１９K o b e _J a p a n ６．９００．３０土层１１２０K o b e _J a p a n ６．９０１．５０土层１１４８K o c a e l i _T u r k e y ７．５１１３．５０基岩１１６１K o c a e l i _T u r k e y ７．５１１０．９０基岩１１６５K o c a e l i _T u r k e y ７．５１７．２０基岩１１７６K o c a e l i _T u r k e y ７．５１４．８０土层１１８２C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２９．８０基岩１１９３C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２９．６０基岩１２４４C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２９．９０土层１４８０C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１９．８０基岩１４８２C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１９．９０基岩１４８６C h i ＧC h i _T a i w a n７．６２１６．７０基岩１４８９C h i ＧC h i _T a i w a n７．６２３．８０基岩１４９１C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２７．６０土层１４９２C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２０．７０基岩１４９３C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２６．００基岩１４９６C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１０．５０基岩１４９８C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１７．１０土层１５０１C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２９．８０基岩１５０２C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１６．６０基岩１５０３C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２０．６０土层１５０５C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２０．３０基岩１５１０C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２０．９０基岩１５１１C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２２．７０基岩１５１５C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２５．２０基岩１５１９C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２７．００基岩１５２８C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２２．１０基岩１５２９C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１．５０基岩１５３０C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２６．１０基岩１５３１C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１２．９０基岩１５４８C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２１３．１０基岩１５５０C h i ＧC h i _T a i w a n ７．６２８．３０基岩１６０２D u z c e _T u r k e y ７．１４１２．００土层２１１４D e n a l i _A l a s k a ２．７０３２９．４０土层２７３４C h i ＧC h i _T a i w a n Ｇ０４６．２０５５３．４３基岩３４７３C h i ＧC h i _T a i w a n Ｇ０６１１．５０４４３．０４基岩３４７５C h i ＧC h i _T a i w a n Ｇ０６１０．２０４８９．３２基岩３５４８L o m aP r i e t a５．００１０７０．３４基岩３７４４C a p eM e n d o c i n o １２．２０５６６．４２基岩３７４６C a peM e n d o c i n o １８．３０４５９．０４基岩３９６５T o t t o r i _J a p a n ６．９０１３９．２１土层４０４０B a m _I r a n１．７０４８７．４０基岩４０６５P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ２．９０３８３．９０基岩４０９７P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ３．００６４８．０９基岩４０９８P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ３．００３２６．６４土层４１００P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ３．００１７３．０２土层４１０１P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ５．６０３９７．３６基岩４１０２P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ３．６０２３０．５７土层４１０３P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ４．２０４１０．４０基岩４１０７P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ２．５０１７８．２７土层４１１３P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ２．９０３７２．２６基岩４１１５P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ２．７０２６５．２１土层４１２６P a r k f i e l d Ｇ０２_C A ３．８０２６０．６３土层４２１１N i i g a t a _J a p a n １１．３０４１８．５０基岩４２２８N i i g a t a _J a p a n ８．９０３７５．００基岩４４５１M o n t e n e g r o _Y u g o s l a v i a ７．００４６２．２３基岩４４５８M o n t e n e g r o _Y u g o s l a v i a ５．８０３１８．７４土层４４８０L ＇A q u i l a _I t a l y ６．３０４７５．００基岩４４８２L ＇A q u i l a _I t a l y ６．６０５５２．００基岩４４８３L ＇A q u i l a _I t a l y ５．４０７１７．００基岩４８４７C h u e t s u Ｇo k i _J a p a n １１．９０３８３．４３基岩６８８７D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d １８．１０１８７．００土层６９０６D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d ８．５０２９５．７４土层６９０６D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d １．２０３４４．０２土层６９１１D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d ７．３０３２６．０１土层６９２７D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d ７．１０２６３．２０土层６９５９D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d １９．５０１４１．００土层６９６０D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d １３．６０２９３．００土层６９６２D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d １．５０２９５．７４土层６９７５D a r f i e l d _N e wZ e a l a n d ６．１０２４９．２８土层８１１９C h r i s t c h u r c h _N e wZ e a l a n d ２．００２０６．００土层８１２３C h r i s t c h u r c h _N e wZ e a l a n d５．１０１４１．００土层８１６１E lM a y o r ＧC u c a p a h _M e x i c o １１．３０１９６．８８土层８１６４D u z c e _T u r k e y２．７０６９０．００基岩８６０６E lM a y o r ＧC u c a pa h _M e x i c o １１．４０２４２．００土层３３３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２㊀速度脉冲参数提取２．１㊀速度脉冲模型的选取目前国内外学者提出的速度脉冲模型多采用矩形函数㊁三角函数(及其组合形式)㊁小波等形式.部分模型如下:M e n u n 等模型[１３]:㊀㊀V (t )＝V p e x p －n １３４T p －t ＋t ０æèçöø÷éëêêùûúús i n ２πT p (t －t ０)éëêêùûúú,t ０＜t ɤt ０＋３４T p V p e x p －n ２t －t ０－３４T p æèçöø÷éëêêùûúús i n ２πT p (t －t ０)éëêêùûúú,t ０＋３４T p ＜t ɤt ０＋２T p ０,其他ìîíïïïïïï(１)M a v r o e i d i s 模型[１４]:V (t )＝V p １２１＋c o s ２πf p γ(t －t １)æèçöø÷éëêêùûúúˑc o s [２πf p (t －t ０)＋v ],t ０－γ２f p ɤt ɤt ０＋γ２f p ０,其他ìîíïïï(２)㊀㊀D i c k i n s o n 等模型[１５]:V (t )＝V p e x p －π２４t －T p k N c T p æèçöø÷２éëêêùûúúc o s２πt －T p kT p －φæèçöø÷(３)蒲武川等模型[１６]:㊀V (t )＝V p １s i n (ωp t )＋V p ２２－V p ２２c o s (２ωp t )(４)李晓轩模型[１７]:㊀㊀㊀㊀V (t )＝V p e x p －２π(t －T p k )n １T p æèçöø÷２éëêêùûúúc o s２πt －T p k T p æèçöø÷,t ɤT p k V p e x p －２π(t －T p k )n ２T pæèçöø÷２éëêêùûúúc o s２πt －T p k T p æèçöø÷,t ＞T p k ìîíïïïï(５)式中:V (t )是速度;t 是时间;V p 是脉冲峰值;T p 是脉冲周期;t ０是脉冲的起始时刻;n １和n ２是形状参数;t １是包络函数的峰值发生时刻;f p 为脉冲频率;v 是振幅模拟谐函数的相位;γ是振动特性参数;N c是脉冲循环数;T p k 是脉冲峰值发生时刻;φ是脉冲相位,表示衰减率,其值大于１;V p １和V p ２是脉冲正负峰值;ωp 为脉冲的圆频率.M e n u n 等[１３]提出的速度脉冲模型通过调整形状参数来模拟具有不同脉冲峰值的地震波,但是最多只能模拟２个周期的波形,并且参数较难确定.M a v r o e i d i s [１４]提出包络函数和余弦函数相结合的速度脉冲模型,该模型能考虑到脉冲波形的多样性,但参数v ㊁γ不易确定.D i c k i n s o n 等[１５]提出的速度脉冲模型较好地拟合脉冲速度时程曲线,但模型是以脉冲峰值时刻为对称轴的对称图形,多数情况下与实际脉冲波形存在差异.蒲武川等[１６]提出一种采用三角函数的速度脉冲模型,该模型适用于正负峰值存在差异的脉冲波形,但是不能模拟具有多个半脉冲的速度脉冲时程.李晓轩[１７]考虑到脉冲峰值前㊁后半脉冲数量和峰值大小的不同,提出了指数函数和余弦函数相结合的分段函数模型,该模型能模拟多种不同形态的速度脉冲,并且在已知速度脉冲波形的情况下,形状参数唯一确定.相较于其他速度脉冲模型,李晓轩提出的模型考虑到速度脉冲全波形的不同形态,引入参数较少且易于确定,较好地实现了速度脉冲波形参数化,为近断层速度脉冲特性研究提供了一种分析方法.在连续的多个半脉冲中,当相邻的半脉冲周期相差过大,无法完全拟合所有半脉冲时,李晓轩提出可以以脉冲峰值对应时间节点为分界将脉冲周期分为峰值前半脉冲周期(记为T p １)和峰值后半脉冲周期(记为T p ２),这时,式(５)可改写成式(６):㊀㊀㊀㊀V (t )＝V p e x p －２π(t －T p k )n １T p １æèçöø÷２éëêêùûúúc o s２πt －T p k T p １æèçöø÷,t ɤT p k V p e x p －２π(t －T p k )n ２T p ２æèçöø÷２éëêêùûúúc o s２πt －T p k T p ２æèçöø÷,t ＞T p k ìîíïïïï(６)㊀㊀目前,大多数研究者都只关注速度脉冲峰值最大的主脉冲的相关特性,没有考虑半脉冲的周期和形状的变化对速度脉冲波形的影响.图１给出了不考虑和考虑峰值前㊁后半脉冲周期差异的脉冲时程４３３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年拟合结果,对比图１(a )㊁(b )可明显看出,(a )图拟合得到的脉冲时程中峰值后的部分半脉冲信号丢失;(b)图拟合得到的脉冲时程将峰值后的半脉冲信号较为完整地表示了出来.显然,对于一条连续的速度脉冲时程,半脉冲相关特性同样值得关注.李晓轩模型[１７]可将峰值前㊁后半脉冲周期分开考虑,其具有更强的适用性.㊀㊀考虑到速度脉冲峰值前㊁后的波形通常具有不图１㊀脉冲时程拟合结果对比F i g ．１㊀C o m p a r i s o nb e t w e e n p u l s e t i m e Ｇh i s t o r y f i t t i n g re s u l t s 对称性,本文以脉冲峰值对应时间节点为分界,将速度脉冲分成峰值前半脉冲㊁峰值后半脉冲和主脉冲三类,分别讨论各类脉冲的周期和形状参数的变化规律,以期为近断层速度脉冲特性分析提供理论参考.２．２㊀基于最小二乘法的速度脉冲模型参数的拟合为了消除速度时程中高频成分对速度脉冲峰值V p 的影响,采用七点汉宁窗[１８](加权值:０ ０３６６,０ １２５０,０ ２１３４,０ ２５００,０ ２１３４,０ １２５０,０ ０３６６)对速度时程进行平滑,直到正负峰值之间第一次出现且仅有一个拐点,即速度时程的二次导数在正负峰值之间第一次等于零且仅有一个零点时停止平滑.图２给出了平滑前㊁后的记录时程及速度脉冲时程的对比图.从图２中结果来看,平滑后的速度时程由于过滤了大多数高频成分而变得光滑,使低频脉冲成分较为完整地保留了下来.１组实测地震记录通常包含１条竖直记录分量和２条相互垂直的水平记录分量,对其中２条水平记录分量按照平行四边形法则进行旋转变换,可得到水平任意方向的地震动分量,计算式如下[１９]:f (t ,θ)＝f １(t )c o s θ＋f ２(t )s i n θ㊀(７)表３给出了所选取的１２６组近断层脉冲型地震动记录３１次地震事件的断层走向.将所选取的各组地震记录的２条水平分量按照式(７)进行旋转变换,得到相应的垂直断层分量(记为F N )和平行断层分量(记为F P );利用最小二乘法拟合得到F N 和F P 分量的式(６)模型特征参数的最优解.３㊀速度脉冲模型参数特性分析采用非线性统计回归方法,分析了１２６组近断层脉冲型地震动记录F N 和F P 分量的速度脉冲峰值(V p )㊁脉冲周期(T p )㊁峰值时刻(T p k )㊁形状参数(n )随震级(M w )㊁断层距(R )㊁场地条件等的变化规律,建立相应的函数回归模型.３．１㊀速度脉冲峰值特性分析图３示出了V p 随M w 和R 的变化情况,其中中国台湾集集地震T C U ０６８台站的地震记录F P 分量的V p 值高达２０４．１５c m /s ,见图３(b )中加圆圈标注的点.集集地震断层北端显著的滑冲效应可能是引起该台站记录到的V p 明显增大的主要原因[１４].为了避免个别数据过大从而影响整体数据的回归结果,在后续的统计分析中将不采用这组数据.参考已有研究的统计回归模型[１５,２０],采用式(８)进行回归分析:l g V p ＝a M w ＋b l gR ＋c ＋ε㊀(８)式中:a ㊁b ㊁c 为拟合系数;ε为表示误差的随机变量,用回归标准差表示.V p 随M w 和R 变化的拟合结果如图４所示,回归系数列于表４,图５为F N 和F P 分量在不同场地条件下V p 随M w 和R 变化规律的对比图.结合５３３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀平滑前、后的记录时程及脉冲时程对比F i g．２㊀C o m p a r i s o no f r e c o r d t i m eh i s t o r y a n d p u l s e t i m eh i s t o r y b e f o r e a n da f t e r s m o o t h i n g表３㊀３１次地震事件的断层走向T a b l e３㊀F a u l t o r i e n t a t i o no f３１e a r t h q u a k e e v e n t s地震名称走向/(ʎ)地震名称走向/(ʎ)S a nF e r n a n d o２８７D u z c e_T u r k e y２６５T a b a s_I r a n３３０D e n a l i_A l a s k a２９０C o y o t eL a k e３３６C h iＧC h i_T a i w a nＧ０４３３０I m p e r i a lV a l l e yＧ０６３２３C h iＧC h i_T a i w a nＧ０６５I r p i n i a_I t a l yＧ０１３１３L o m a P r i e t a１２８W e s t m o r l a n d６４C a p eM e n d o c i n o３５０M o r g a nH i l l１４８B a m_I r a n３５５K a l a m a t a_G r e e c eＧ０２３５８P a r k f i e l dＧ０２_C A１４０S a nS a l v a d o r３２N i i g a t a_J a p a n３２S u p e r s t i t i o nH i l l sＧ０２１２７M o n t e n e g r o_Y u g o s l a v i a３００L a n d e r s３３６L＇A q u i l a_I t a l y１３９N o r t h r i d g eＧ０１１２２C h u e t s uＧo k i_J a p a n２１４K o b e_J a p a n２３０D a r f i e l d_N e wZ e a l a n d８５K o c a e l i_T u r k e y２７２C h r i s t c h u r c h_N e wZ e a l a n d５９C h iＧC h i_T a i w a n５E lM a y o rＧC u c a p a h_M e x i c o３１１T o t t o r i_J a p a n３３０图４㊁５和表４可知,F N和F P分量的V p均表现为随M w的增大而增大,随R的增大而减小.随着M w的增大,F N分量的V p增长速率大于F P分量,基岩场地上的V p增长速率大于土层场地,说明F N 分量的V p对M w的敏感程度大于F P分量的相应图３㊀脉冲峰值随震级和断层距的变化F i g．３㊀V a r i a t i o n o f p u l s e p e a kw i t hm a g n i t u d e a n d f a u l t d i s t a n c e６３３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年图４㊀脉冲峰值随震级和断层距变化的拟合结果F i g．４㊀F i t t i n g r e s u l t o f v a r i a t i o no f p u l s e p e a kw i t hm a g n i t u d e a n d f a u l t d i s t a n c e表４㊀脉冲峰值的回归结果T a b l e４㊀R e g r e s s i o n r e s u l t o f p u l s e p e a k分量场地l g V p＝a M w＋b l g R＋c＋εa b cε不区分０．０７０－０．２１５１．２９８０．２１７F N基岩０．０４０－０．３１１１．５７９０．１９５土层０．１２６－０．１５１０．８７７０．２３７不区分０．０２１－０．０７２１．４７６０．２０５F P基岩０．０３１－０．１３２１．４６４０．２０７土层０．０１０－０．０１２１．５０７０．１８７值,基岩场地上的V p对M w的敏感程度大于土层场地的对应值.随着R的增大,F N分量的V p衰减速率大于F P分量,基岩场地的V p衰减速率大于土层场地,说明场地土质越软,V p受R的影响越小.分析认为,导致F N分量和F P分量的V p衰减速率出现差异的原因可能是地震波辐射方式的不同.３．２㊀速度脉冲周期特性分析３．２．１㊀速度脉冲周期相关性分析为探究由T p１㊁T p２以及由峰点法[２１]计算得到的７３３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图５㊀脉冲峰值随震级和断层距变化拟合结果对比F i g．５㊀C o m p a r i s o nb e t w e e n f i t t i n g r e s u l t s o f v a r i a t i o no fp u l s e p e a kw i t hm a g n i t u d e a n d f a u l t d i s t a n c e 主脉冲周期(记为T p０)的相关性,采用式(９)进行回归分析,并用相关系数的大小来反映T p１㊁T p２与T p０的相关程度,它们的相关性分析结果如表５和图６所示.y＝a x＋b＋ε㊀(９)式中:a㊁b均为拟合系数;ε为表示误差的随机变量,用回归标准差表示.表５㊀半脉冲周期与主脉冲周期的回归关系T a b l e５㊀R e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e nh a l f p u l s ep e r i o da n dm a i n p u l s e p e r i o d分量x y相关系数y＝a x＋b＋εa bεF N T p０T p１０．９１７０１．１３０３０．４８７０１．３１２３T p２０．９０５７０．９４３４０．５１３３１．１８１８F P T p０T p１０．９４２６１．１６３６０．１７４０１．００７０T p２０．９１０８０．９４６６０．３６０８１．０３７７图６㊀半脉冲周期与主脉冲周期的拟合结果F i g．６㊀F i t t i n g r e s u l t o f h a l f p u l s e p e r i o da n dm a i n p u l s e p e r i o d㊀㊀从表５和图６的结果来看,T p１㊁T p２与T p０具有较强的线性相关性,相关系数均达０．９以上.F N和F P两分量的T p１与T p０的相关性均强于T p２与T p０间的相关性,这可能是由于峰值后半脉冲晚于峰值前半脉冲到达台站能量衰减更多所致.相较于F N分量,F P分量的T p１㊁T p２与T p０的相关性更强,但总体来说,方向性差异不太明显.３．２．２㊀速度脉冲周期变化规律对比分析图７给出F N和F P分量的T p随M w和R的变化图.由图可知,T p随R变化的规律性不强,T p ８３３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年图７㊀脉冲周期随断层距和震级的变化F i g．７㊀V a r i a t i o no f p u l s e p e r i o dw i t h f a u l t d i s t a n c e a n dm a g n i t u d e随M w的增大呈指数增长.由于本文研究的是近断层区域(R＜２０k m)的速度脉冲特性,因此在研究速度脉冲周期时不考虑断层距R的影响.采用式(１０)分别对T p０㊁T p１㊁T p２进行回归拟合:l n T p＝a＋b M w＋ε㊀(１０)式中:a㊁b为拟合系数;ε为表示误差的随机变量,用回归标准差表示.各类速度脉冲的T p随M w变化的拟合结果及其对比如图８所示,回归系数列于表６.由图８和表６的拟合结果可知:F N分量的l n T p１随M w变化的斜率最大,l n T p２的斜率最小,l n T p０的斜率值介于l n T p１和l n T p２的值之间,说明T p１对M w的敏感程度最高,T p２对M w的敏感程度最弱,T p０对M w的敏感程度介于T p１和T p２之间.F P分量的l n T p１和l n T p０随M w变化的斜率差异不大,但l n T p２斜率大于前两者,说明T p１和T p０对M w的敏感程度较为接近,T p２比T p１和T p０对M w更为敏感.当M w相同时,同一水平分量的各类速度脉冲的T p存在差异,它们的大小关系可以归纳为:T p１＞T p２＞T p０.当M w＞６．０时,F N分量的T p０值大于F P分量的相应值,当M w ɤ６．０时,F N分量的T p０值小于F P分量的对应值;当５．０＜M w＜８．０时,F N分量的T p１值始终大于F P 分量的相应值,且随着M w的增大两者差异越大;当５．０＜M w＜８．０时,F N分量的T p２值始终大于F P分量的相应值,且两者的差异不随M w的增大而发生变化.３．３㊀速度脉冲峰值时刻特性分析在人工合成脉冲型地震动时,通常的做法是将高频成分和低频速度脉冲成分进行叠加.这就需要对地震发生后速度脉冲峰值发生时刻T p k进行统计分析.图９分别给出了T p k随M w和R的变化图.由图９可知,T p k随R变化的规律性不强,T p k随M w 的增大呈指数增长,可采用式(１１)对其进行拟合分析:l n T p k＝a＋b M w＋ε㊀(１１)式中:a㊁b为拟合系数;ε为表示误差的随机变量,用回归标准差表示.９３３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图８㊀脉冲周期随震级变化的拟合结果及其对比F i g ．８㊀F i t t i n g r e s u l t o f v a r i a t i o no f p u l s e p e r i o dw i t hm a g n i t u d e a n d t h e i r c o m pa r i s o n 表６㊀脉冲周期与震级的回归关系T ab l e ６㊀R e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p be t w e e n p u l s e p e r i o da n dm a gn i t u d e 分量脉冲类别l n T p ＝a ＋b M w ＋εa bεF N 分量F P 分量主脉冲峰前半脉冲峰后平均值主脉冲峰前半脉冲峰后平均值－６．３９４１．０５２０．６７７－６．１４８１．０６００．６１９－６．１８９１．０３９０．６７５－６．１６９１．０５００．６４７－６．０６８０．９９６０．６４１－５．８４００．９９６０．６４３－６．２７９１．０３６０．６７２－６．０６０１．０１６０．６５８速度脉冲的峰值时刻T p k 随M w 变化的拟合结果及其对比如图１０所示,回归系数列于表７.从统计结果来看,基岩场地条件下,F N 和F P 分量l n T p k 随M w 变化的斜率差异不大,说明基岩场地条件下,两分量T p k 随M w 的变化速度比较相近;在土层场地条件下,F P 分量l n T p k 随M w 变化的斜率大于F N 分量的相应变化斜率,说明土层场地条件下,F P分量T p k 随M w 的变化速度快于FN 分量的对应值.基岩场地条件下,F N 和F P 分量的T p k 基本相同;土层场地条件下,两分量T p k 在M W 较小时差别不大,在M W 较大时,F P 分量的T p k 稍大于FN 分量.当M w 相同时,两分量基岩场地上的T p k 均小于土层场地,说明基岩场地上的速度脉冲比土层场地更快达到其峰值.３．４㊀速度脉冲形状参数特性分析与脉冲周期T p 的研究思路类似,本文将速度脉冲形状参数n 分为峰值前形状参数n １和峰值后形状参数n ２.观察图１１发现,n １㊁n ２随R 和M w 的变化均没有明显的规律,这可能与每次地震不同的震源机制㊁传播途径和场地条件等因素有关.但本文在统计分析时发现,集集地震的形状参数n 随着R 的增大表现出增大的趋势,见图１２.为了更直观地探究脉冲形状参数的空间分布特征,本文将集集地震近断层速度脉冲形状参数n １㊁n ２在空间范围内的分布情况示于图１３.集集地震断层破裂方向大致为北偏东５ʎ,脉冲型地震动记录主要分布在地表破裂断层附近,尤其０４３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年图９㊀脉冲峰值时刻随断层距和震级的变化F i g ．９㊀V a r i a t i o no f p u l s e p e a k t i m ew i t h f a u l t d i s t a n c e a n dm a gn i t u de 图１０㊀脉冲峰值时刻随震级变化的拟合结果及其对比F i g ．１０㊀F i t t i n g r e s u l t o f v a r i a t i o no f p u l s e p e a k t i m ew i t hm a g n i t u d e a n d t h e i r c o m pa r i s o n 在破裂断层前方区域较为集中,存在显著的方向性特征.形状参数在靠近破裂断层处与远离破裂断层处具有明显差异,较小的形状参数主要分布于靠近破裂断层区域,远离破裂断层处的脉冲形状参数更大,则连续半脉冲个数更多.同一水平分量的形状参数n １和n ２在破裂断层北端区域表现出明显的差异,n ２总体上大于n １;随着R 的增大,F N 和F P 两分量脉冲形状参数的差异也随之增大.同一水平分量的形状参数n １和n ２在缺少脉冲型地震记录区域存在差异,这可能与该区域脉冲型地震记录较少有１４３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀表７㊀脉冲峰值时刻与震级的回归关系T a b l e ７㊀R e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p be t w e e n p u l s e p e a k t i m e a n dm a gn i t u d e 分量场地l n T p k ＝a ＋b M w ＋εa bε不区分－６．３０８１．２５６０．６７２F N 分量基岩－６．６０３１．２８９０．７５２土层－６．２５５１．２５８０．５７４不区分－６．３４９１．２６５０．６８３F P 分量基岩－６．５９２１．２９１０．７４０土层－６．３６９１．２７８０．６２３关.鉴于目前无法通过多个地震事件得出脉冲形状参数的统计关系,建议先通过单个地震事件中脉冲形状参数的研究逐步揭示速度脉冲形状参数与震源机制以及震源破裂过程之间的关系.４㊀结论与讨论基于P E E R 的N G A ＧW e s t ２强震数据库,选取１２６组近断层脉冲型地震动记录,采用李晓轩提出的速度脉冲模型拟合实际地震记录的F N 和F P分图１１㊀脉冲形状参数随断层距和震级的变化F i g ．１１㊀V a r i a t i o no f p u l s e s h a p e p a r a m e t e rw i t h f a u l t d i s t a n c e a n dm a gn i t u d e 量,提取出脉冲峰值V p ㊁脉冲周期T p ㊁脉冲峰值时刻T p k ㊁形状参数n 等脉冲模型参数,分析震级M w ㊁断层距R ㊁场地类别等对脉冲参数的影响,给出了若干速度脉冲特征参数的统计模型,并对比F N 和F P分量脉冲参数之间的特性差异,通过分析得出以下结论:(１)F N 分量V p 对M w 和R 的敏感程度大于F P 分量的相应值,基岩场地的V p 对M w 的敏感程度大于土层场地的对应值;场地土质越软,V p 受R 的影响越小.(２)T p １㊁T p ２与T p ０均存在强线性相关性;F N 分量T p １随M w 的增大速率最大,T p ２随M w 的增大速率最小,T p ０随M w 的增大速率介于T p １和T p ２之间;F P 分量的T p １和T p ０随M w 的增大速率差异不大,但均小于T p ２随M w 的增大速率;当M w 相同时,同一水平分量的T p １和T p ２均大于T p ０.２４３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年图１２㊀集集地震脉冲形状参数随断层距的变化F i g ．１２㊀V a r i a t i o no f t h e p u l s e s h a p e p a r a m e t e r o f t h eC h i ＧC h i e a r t h qu a k ew i t h f a u l t d i s t a n ce 图１３㊀集集地震脉冲形状参数分布图F i g ．１３㊀D i s t r i b u t i o no f p u l s e s h a p e p a r a m e t e r o fC h i ＧC h i e a r t h qu a k e ㊀㊀(３)在相同场地条件下,F N 和F P 分量的T p k 拟合值的差异较小;相较于基岩场地,土层场地上T p k 随M w 的变化速率的方向性差异更大;当M w 相同时,基岩场地上的速度脉冲比土层场地更快达到其峰值.(４)对于集集地震来说,较小的形状参数主要分布在靠近破裂断层处,远离破裂断层处的脉冲形状参数更大.在破裂断层北端区域,n ２总体上大于n １;随着R 的增大,F N 和F P 分量脉冲形状参数的差异也随之增大.(５)建议在进行近断层脉冲型地震动作用下结构响应分析时考虑地震动多分量输入以及速度脉冲特性差异的影响.本文开展的脉冲参数提取及特性分析是以近断层脉冲型地震记录资料为依据的,其研究结果对近断层区域的结构抗震设计具有重要意义,同时为速度脉冲参数的确定提供了理论依据和计算方法.随着近断层脉冲型地震记录的逐渐增多,对速度脉冲特性的研究和认识必将更为深入,本文所采用的研究思路和方法可为脉冲参数化以及速度脉冲型地震３４３第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李华聪,等:垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀动时程合成等方面的研究提供参考.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀贾俊峰,杜修力,韩强．近断层地震动特征及其对工程结构影响的研究进展[J]．建筑结构学报,２０１５,３６(１):１Ｇ１２．J I AJ u n f e n g,D U X i u l i,H A N Q i a n g．AS t a t eＧo fＧt h eＧA r tR e v i e w o fN e a rＧF a u l tE a r t h q u a k eG r o u n d M o t i o nC h a r a c t e r i s t i c sa n dE f f e c t so n E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s[J]．J o u r n a l o f B u i l d i n gS t r u c t u r e s,２０１５,３６(１):１Ｇ１２．[２]㊀S E HH A T IR,R O D R I G U E ZＧMA R E K A,E L G AWA D Y M,e ta l．E f f e c t s o fN e a rＧf a u l tG r o u n dM o t i o n s a n dE q u i v a l e n t P u l s e so n M u l t iＧs t o r y S t r u c t u r e s[J]．E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s,２０１１,３３(３):７６７Ｇ７７９．[３]㊀C H I O C C A R E L L I E,I E R V O L I N OI．N e a rＧs o u r c e S e i s m i cH a zＧa r da n dD e s i g nS c e n a r i o s[J]．E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g&S t r u cＧt u r a lD y n a m i c s,２０１３,４２(４):６０３Ｇ６２２．[４]㊀赵晓芬,温增平,陈波．近断层地震动最强速度脉冲方向分量特性研究[J]．地震学报,２０１８,４０(５):６７３Ｇ６８８．Z H A O X i a o f e n,W E N Z e n g p i n g,C H E N B o．C h a r a c t e r i s t i c so f N e a rＧF a u l tV e l o c i t y P u l s e s i nt h eS t r o n g e s tP u l s eO r i e n t a t i o n [J]．A c t aS e i s m o l o g i c aS i n i c a,２０１８,４０(５):６７３Ｇ６８８．[５]㊀S OM E R V I L L EP．D e v e l o p m e n t o f a n I m p r o v e dR e p r e s e n t a t i o n o fN e a rＧF a u l tG r o u n dM o t i o n s[J]．S M I P９８S e m i n a r o nU t i l i z aＧt i o no f S t r o n gＧM o t i o nD a t a,１９９８:１Ｇ２０．[６]㊀B R A YJD,R O D R I G U E Z M A．C h a r a c t e r i z a t i o no fF o r w a r dＧd i re c t i v i t y G r o u n d M o t i o n s i nt h e N e a rＧf a u l tR eg i o n[J]．S o i lD y n a m i c s&E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g,２００４,２４(１１):８１５Ｇ８２０．[７]㊀刘铁林,孙宇城,张柔佳．P E E R地震动数据库中含速度脉冲近场地震记录[J]．防灾减灾工程学报,２０１８,３８(２):３６７Ｇ３７２．L I U T i e l i n,S U N Y u c h e n g,Z H A N G R o u j i a．N e a rＧF i e l dE a r t hＧq u a k eR e c o r d sw i t h V e l o c i t y P u l s e i nP E E R G r o u n d M o t i o nD a t a b a s e[J]．J o u r n a l o fD i s a s t e r P r e v e n t i o n a n dM i t i g a t i o nE nＧg i n e e r i n g,２０１８,３８(２):３６７Ｇ３７２．[８]㊀S H A H I SK,B A K E RJ W．A nE f f i c i e n tA l g o r i t h mt o I d e n t i f y S t r o n gＧV e l o c i t y P u l s e si n M u l t i c o m p o n e n t G r o u n d M o t i o n s [J]．B u l l e t i no f t h e S e i s m o l o g i c a l S o c i e t y o fA m e r i c a,２０１４,１０４(５):２４５６Ｇ２４６６．[９]㊀王宇航．近断层区域划分及近断层速度脉冲型地震动模拟[D]．成都:西南交通大学,２０１５．[１０]㊀谢俊举,温增平,李小军,等．基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性[J]．地球物理学报,２０１２,５５(６):１９６３Ｇ１９７２．X I EJ u n j u,W E NZ e n g p i n g,L IX i a o j u n,e t a l．A n a l y s i so fV eＧl o c i t y P u l s e s f o rN e a rＧF a u l tS t r o n g M o t i o n s f r o mt h e W e nＧc h u a n E a r t h q u a k e B a s ed o n W a ve l e t M e t h o d[J]．C h i n e s eJ o u r n a l o fG e o p h y s i c s,２０１２,５５(６):１９６３Ｇ１９７２．[１１]㊀罗全波,陈学良,高孟潭,等．近断层速度脉冲与震源机制的关系浅析[J]．震灾防御技术,２０１８,１３(３):６４６Ｇ６６１．L U O Q u a n b o,C H E N X u e l i a n g,G A O M e n g t a n,e ta l．R e l aＧt i o n s h i p b e t w e e nN e a rＧF a u l tV e l o c i t y P u l s e a n dF o c a lM e c h aＧn i s m[J]．T e c h n o l o g y f o r E a r t h q u a k e D i s a s t e r P r e v e n t i o n,２０１８,１３(３):６４６Ｇ６６１．[１２]㊀袁一凡,田启文．工程地震学[M]．北京:地震出版社,２０１２．[１３]㊀M E N U N C,F U Q．A na n a l y t i c a lM o d e l f o rN e a rＧf a u l tG r o u n d M o t i o n s a n d t h eR e s p o n s eo fS D O FS y s t e m s[C]//P r o c e e d i n g s,７t hU SN a t i o n a l C o n f e r e n c e o nE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g．２００２．[１４]㊀MA V R O E I D I SGP,P A P A G E O R G I O U AS．A M a t h e m a t i c a l R e p r e s e n t a t i o no fN e a rＧF a u l tG r o u n d M o t i o n s[J]．B u l l e t i no ft h eS e i s m o l o g i c a lS o c i e t y o f A m e r i c a,２００３,９３(３):１０９９Ｇ１１３１．[１５]㊀D I C K I N S O NB W,G A V I N HP．P a r a m e t r i c S t a t i s t i c a l G e n e rＧa l i z a t i o no fU n i f o r mＧH a z a r dE a r t h q u a k eG r o u n d M o t i o n s[J]．J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g,２０１１,１３７(３):４１０Ｇ４２２．[１６]㊀蒲武川,梁瑞军,戴枫禹,等．基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型[J]．振动与冲击,２０１７,３６(４):２０８Ｇ２１３．P U W u c h u a n,L I A N G R u i j u n,D A IF e n g y u,e t a l．A n A n a l y t i c a lM o d e l f o rA p p r o x i m a t i n g P u l s eＧL i k eN e a rＧF a u l tG r o u n dM o t i o n s[J]．J o u r n a l o fV i b r a t i o n a n dS h o c k,２０１７,３６(４):２０８Ｇ２１３．[１７]㊀李晓轩．速度脉冲提取与夹杂对地震动的影响研究[D]．哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,２０１６．[１８]㊀李明．近断层地震动对结构抗震设计的影响研究[D]．哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,２０１０．[１９]㊀B O O R E D M．O r i e n t a t i o nＧi n d e p e n d e n t,N o n g e o m e t r i cＧm e a n M e a s u r e s o f S e i s m i c I i n t e n s i t y f r o m T w oH o r i z o n t a lC o m p oＧn e n t s o f M o t i o n[J]．B u l l e t i no f t h eS e i s m o l o g i c a lS o c i e t y o fA m e r i c a,２０１０,１００(４):１８３０Ｇ１８３５．[２０]㊀T A N GY,Z H A N GJ．R e s p o n s e S p e c t r u mＧo r i e n t e dP u l s e I d e nＧt i f i c a t i o na n dM a g n i t u d e S c a l i n g o f F o r w a r dD i r e c t i v i t y P u l s e si nN e a rＧf a u l tG r o u n d M o t i o n s[J]．S o i lD y n a m i c s&E a r t hＧq u a k eE n g i n e e r i n g,２０１１,３１(１):５９Ｇ７６．[２１]㊀常志旺,翟长海,李爽,等．近场地震动速度脉冲周期的确定[J]．土木工程学报,２０１３,４６(增刊２):１３０Ｇ１３４．C HA N GZ h i w a n g,Z HA I C h a n g h a i,L I S h u a n g,e t a l．D e t e r m iＧn a t i o no f t h eP u l s eP e r i o d f o rN e a rＧF a u l tP u l s eＧL i k eG r o u n dM o t i o n s[J]．C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l,２０１３,４６(S u p p２):１３０Ｇ１３４．４４３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年。
地震总输入能量与瞬时输入能量谱的研究
地震总输入能量与瞬时输入能量谱的研究
地震总输入能量与瞬时输入能量谱的研究
现有的抗震设计理论大多是基于承载力或强度的设计方法,与其相应的反应谱理论最大的缺陷是无法反映地震动持时的影响,而以地震动能量作为设计参数时就能弥补现有抗震理论的不足.本文按照反应谱理论的思路建立了线性单自由度体系的地震动总输入能量谱和瞬时输入能量谱.研究发现,阻尼比为5%时的地震动总输入能量谱和最大瞬时输入能量谱的等价速度谱可以分别用阻尼比为0.5%和10%下的拟速度谱来近似获得;地震波的V/A值大于0.15时,总输入能量谱的Δt谱峰值与地震波的强震持时呈线性增长关系,V/A值小于0.15时,两者间的关系无规律性.最大瞬时输入能量谱的Δt谱峰值基本不受地震波的V/A值与强震持时的影响;输入能量谱(总输入能量谱与最大瞬时输入能量谱)的特征周期随地震波V/A值的增大而增大,根据分析结果本文提出了线性单自由度体系输入能量谱的简化计算方法,方法简便,计算结果偏安全.
作者：刘哲锋沈蒲生胡习兵Liu Zhefeng Shen Pusheng Hu Xibing 作者单位：湖南大学,土木工程学院,湖南,长沙,410082 刊名：地震工程与工程振动ISTIC PKU英文刊名：EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION 年，卷(期)：2006 26(6) 分类号：P315.95 关键词：强震持时总输入能瞬时输入能线性单自由度体系反应谱。
近断层脉冲型地震动对结构设计影响的相关问题研究进展
１ ５ ｋ ｍ， 矩 震级大于 ５ ； 周正华 等在对强震近场加 速度 峰值 比和反应谱 统 计分析时 ， 将断层距 分为 ０ — １ ０ ｋ ｍ、 ０ — ２ ０ ｋ ｍ、 ０ — ３ ０ ｋ ｍ， 矩震级大 于５ ， 分 别 讨论 ， ． 召 广彪等在建立 加速度 、 速度和位移峰值衰减关系 时， 分别取 断 层距 ≤２ ５ ｋ ｍ、 ２ ０ ｋ ｍ和 １ ５ ｋ ｍ， 矩震级 ６ ． ０ — ７ ． ６ ； 周锡元等在对集集地震 近 场竖 向与水 平 反应谱 比值 研究 时 ， 取 断层距 ≤２ ０ ｋ ｍ等 。在上 述文 献 中， 仅邵 广彪依据统计 分析 ， 初 步划分 了近场 区域 ， 其过程 为首先将 震
近断层豚 冲型地震动对结构设计影响硇相关问题研究进展
沈 阳新 大陆建 筑设 计有 限公 司 毛 爱江
［ 摘 要］ 经过 １ Ｏ 余年的研 究 ， 各 国学者 已达成共识 ， 一致认 为近场地 震动呈现 了 较 以往 地震动更复杂的特征 ， 如脉冲效应、 竖向效应 等， 是 引起 工程结构破 坏的重要原 因。综述 了 相 关问题 的研究成果 ， 包括近 场地震 动区域 的划分近场脉冲型地震动作为输入地震动 的选择标准及近场脉 冲型地震 动对 结构破 坏作 用， 并对今后 需要进 一步研 究的问题进 行 了展 望。 ［ 关键词 ］ 近 断层 脉冲 输入地震动 破坏作用 地震是危 害人 类生命 财产安全最严重 的突发式 自 然灾 害之一。随 着人类 社会 的发 展和人们 生活的高度城 市化 ， 地震 必将对人们 生命和
２ ０ ０ ３ 年伊 朗 ６ － ３ 级 巴姆地震 ， ２ ０ ０ ８ 年我 国的汶 川地震等 ， 造成 的城市基 础设施 破坏 、 人员伤亡 和财产损失令世 人触 目惊 心。深入分 析这些地 震造 成工程结 构普遍严 重破坏 的原 因 ， 修改和完 善原有 的抗 震设 计 和
基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型
基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型地震波是一个复杂的信号，它由一系列地震源产生，传播至远处，以不同的方式互相影响，然后被观测器捕获。
因此，地震动的研究为解释地震机制提供了重要证据，也有助于发展地震工程的其他应用。
脉冲型地震动是一种能够表达地震机制的特征，可以用于分析地震活动的不同部分，以及理解地震影响的空间格局和随时间变化的规律。
地球物理学家致力于构建脉冲型地震动的近似模型，其中利用三角函数表示瞬变运动的基本特征，以拟合时空上的某些实际记录。
脉冲型近场地震动（PREM）是真实记录的动态分析中常用的模型，它可以在许多不同的研究领域，如大地测量、地震学和地质学中，以及工程应用中，实现地震影响的快速综合。
本文研究了基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型，主要内容包括：（1）脉冲型地震动的特征；（2）利用三角函数建立模型的原理；（3）脉冲型近场地震动的应用；（4）结论。
首先，脉冲型地震动是一种特殊的地震波，具有高度瞬变的大变速度和大变谱，通过调节采样点数量和谱线可以实现该类地震动的再现。
尤其是在近场地震动中，其变速度和变谱形式更为复杂，其时空特征不容易建模。
其次，基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型把时空特征用三角函数表示，以解决实际记录中复杂的地震动问题。
在此基础上，调整上升沿和下降沿的时间参数，分别以A和B表示，确定变速度和谱线。
最后，脉冲型近场地震动模型可用于表征和分析地震波组成的时空变化，用于研究地震活动的起源和传播，及地震精细结构的发掘。
此外，这种模型还可以应用于建筑物震动仿真，大地测量分析，以及消除地震波的干扰等工程领域。
综上所述，基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型可以提供一种有效的解决方案，以表征瞬变运动的基本特征，准确地描述时空上的地震变化。
脉冲型近场地震动模型的应用不仅可以深入解释地震机制的演变，而且在大地测量、地球物理研究、地震工程设计几个领域也有重要的意义。
近断层速度脉冲地震作用下位移反应谱的研究
１ ０ ｍ截 面是合适 的。 ０ｍ ０ 施工质量 ， 加强施工养护 ， 减少混凝 土温差应力 ， 增加 结构抗裂 强 度 。５ 有效控制车站主体与附属结构之 间的差异沉 降 ， ） 减少结构 裂缝 的产生 。
６ 结构 防水 处理
本站结 构防水设计 遵循 “ 以防为主 、 刚柔结合 、 多道 防线 、 综
性位移谱考虑 Ｐ ＿△效应 的修 正公 式， 究结果对近断层速度脉 冲地震作 用下结构 的抗震设计 具有很好 的应用价值 。 研
关键词 ： 速度脉 冲， 基于位移的抗震设 计 ， 等延性位移谱 ， ＿△效应 尸
中 图分 类 号 ：Ｕ ７ ． １ Ｔ ９３ ３ 文 献标 识码 ： Ａ
１ 概 述
受 力 钢 筋保 护 ５ ０ 寰 霹 ｍ ｍ ４ ０ ５ ０ ４ ０ ５ ０ ４ ０
Ｏ３ ．
３ Ｏ （ ４ 柱 ０）
［ ］ 王元 湘． ２ 明挖 结构使 用阶段 的受力分析［ ］ 都 市快轨 交通 ， Ｊ．
２ ０ ，９ ３ ：９５ ． ０６ １ （ ）４ － ２
［ ］ Ｄ Ｊ ８１９２０ ， 市轨道 交通设 计规 范［ ］ ３ Ｂ ．０ ．０ ４ 城 ０ ｓ．
不允许漏水 ，
［ ］ Ｔ ０ ０ ． －０５ 铁路 桥涵设计基本规范 ［ ］ ４ Ｂ１０ ２ １ ０ ， ２ ｓ． ［ ］ 王卫 东， ５ 王建华． 基坑 支护 结构 与主 体 结构相 结合 的设 深 计、 分析 与实例 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ，０ ７ ２０ ． ［ ］ 陈 星 ， ６ 罗赤宇． 地下建筑逆作法与组合 结构 新技 术工程应 用［ ． Ｍ］ 北京 ： 中国建 筑工业出版社 ，０７ ２０．
近断层速度脉冲型地震动识别方法研究综述
近断层速度脉冲型地震动识别方法研究综述赵晓芬;温增平【期刊名称】《地球与行星物理论评(中英文)》【年(卷),期】2023(54)5【摘要】速度脉冲型地震动对近断层区域工程结构有特殊的破坏作用,是造成近断层区域震害的主要影响因素之一.开展近断层速度脉冲型地震动研究对揭示近断层区域工程结构的地震破坏机理、开展抗震设防以及抗震设计具有重要价值.速度脉冲的有效识别是关键环节,主要历经定性、半定量、定量的过程.其中定量识别方法具有可重复性、可批量处理等优点,越来越受到广泛认可和应用.然而目前定量速度脉冲识别方法尚未有统一的、明确的判别原则.本文从识别条件、基本原理、关键步骤、应用范围等方面系统总结并详细介绍了目前国内外常用的三类定量速度脉冲识别方法,即基于连续小波变换的速度脉冲识别方法、基于能量的速度脉冲识别方法以及多速度脉冲定量识别方法,并推荐了这三类方法中的代表方法,分析了其优缺点.分析指出速度脉冲识别方法的不同,本质是速度脉冲主要特征波形的提取手段以及量化的判别标准的不同.各种方法都有自身的优势,但由于速度脉冲记录波形的不稳定性,没有任何一种方法可以达到百分之百的识别率.此外,现有的定量识别方法都是基于信号处理方法和脉冲特性基本原理,并未考虑速度脉冲产生机制.因此需要综合上述三点来综合判别速度脉冲,形成完善的脉冲判别体系.最后,探讨了定量的速度脉冲识别方法进一步提升的关键问题和研究重点.【总页数】9页(P532-540)【作者】赵晓芬;温增平【作者单位】中国地震局地球物理研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.9【相关文献】1.基于小波分析的近断层地震动最强速度脉冲识别方法与应用2.近断层速度脉冲型地震动对多层校舍减震加固性能影响研究3.近断层速度脉冲型地震动设计谱特征研究4.近断层速度脉冲型地震动相关问题研究5.基于非因果滤波和零点法的近断层脉冲型地震动识别方法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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近断层速度脉冲记录 [ 11]
时间 1992- 04 1999- 09 1999- 11 1992- 03 1979- 10 1995- 01 1999- 08 1992- 06 1989- 10 1994- 01 1971- 02 1987- 11 震级 ( M w ) 7 1 7 6 7 1 6 9 6 5 6 9 7 4 7 3 6 9 6 7 6 6 6 7 国家 美国 中国 土耳其 土耳其 美国 日本 土耳其 美国 美国 美国 美国 美国
波形在时程上具有较为一致的对应性 , 同样, 结构在 罕遇地震动作用下进入弹塑性状态时也具有类似的 性质。图 3 中给出了图 2 中 6 条地震记录在结构周 期为 2 s 时的瞬时输入能时程曲线图。从图中可以 看到, 不论结构保持弹性状态还是进入塑性状态 , 各 地震动的瞬时输入能时程曲线最高段 ( 即最大瞬时 输入能 ) 都指向其速度时程曲线中的脉冲区段。
表 2 最大瞬时输入能 对应时程区间
地震波 ER Z_N S SK R 090 W PI046 T CU 068 T CU 075 H_E 07230 脉冲区段 / s 1 6~ 5 3 34 5~ 37 6 3 7~ 7 0 33 8~ 43 0 25 8~ 31 5 4 8~ 8 8 1 s 周期 弹性状态 2 7~ 3 2 36 9~ 37 4 4 9~ 5 4 36 3~ 36 8 28 8~ 29 2 4 8~ 6 0 t/ s 塑性状态 2 7~ 3 5 35 4~ 36 3 4 9~ 5 9 36 0~ 37 6 27 9~ 29 8 4 8~ 6 0 2 s 周期 t/ s 弹性状态 3 5~ 4 4 36 5~ 37 6 4 3~ 5 7 36 1~ 37 1 28 1~ 29 3 6 7~ 7 7 塑性状态 2 8~ 3 7 36 3~ 38 0 4 3~ 6 0 36 1~ 38 1 28 1~ 30 1 4 9~ 6 1 3 s 周期 t / s 弹性状态 2 8~ 3 7 36 1~ 37 7 4 9~ 6 0 36 0~ 37 4 28 3~ 29 6 6 0~ 7 4 塑性状态 2 8~ 3 9 39 2~ 39 3 5 0~ 6 2 36 0~ 38 3 28 3~ 30 5 4 9~ 6 2
H all 等[ 6] 就认为 , 与近场地震动中大的速度脉冲相 比 , 在速度脉冲的时间段内所发生的地面位移更能 表现地震动的破坏势。M akris 和 Black 认为, 与 速度脉冲相比更应该重视近场地震动中包含的加速 度脉冲 , 而一 般情况下速度脉冲只对周期 大于 4 s 的结构才有影响。 从本质上来说, 地震动对结构的作用是一种能 量的传递、 转化与耗散的过程。地震动输入能涵盖 两个方面的内容 [ 8- 9] , 总输入能被认为与结构的累
0 引 言 近年来发生的几次闻名的大地震, 如 1994 年美 国 Nort hridg e、 1995 年日本 Kobe 、 1999 年我国台湾 Chi Chi 等地震很短时间内对发震断层附近结构物 或构筑物造成灾难性的破坏, 导致了大量生命和财 产的损失。一般认为 [ 1- 5] , 由于震源机制、 断层破裂 方向与场地的关系和断裂面相对滑动方向等因素的 影响 , 才使近断层地震动表现出与从远场地获得的 地震动明显不同的性质, 其中最显著的特点是由方 向性效应和滑冲效应引起的脉冲型地面运动。大多 数工作者在研究近断层地震动对结构的破坏作用时 认为 , 应该考虑速度脉冲特性 , 但也存在不同意见。 186 Indust rial Const ruct ion V ol 39, Supplement, 2009
Байду номын сангаас
2 瞬时输入能计算模型 2. 1 数学模型 在水平地震作用下单自由度体系的运动微分方 程为 : mx x + cx + kx = - ma g ( 1)
式中 : m 为体系质量 ; c 为阻尼系数; k 为单自由 度体系侧向刚度 ; x 、 x 和 x 分别为体系的相对加速 度、 相对速度和相对位移; a g 为地面运动加速度。 式 ( 1) 各项对相对位移 x 在地震动持时范围 [ 0 , td ] 内 积分 , 可得体系的相对能量反应方程:
图2
速度时程曲线
a- 弹性状态 ; b- 弹塑性状态 图3 周期 2 s 时瞬时输入能时程图
188
表 2 给出了图 2 中地震动在单自由度结构周期 分别为 1、 2、 3 s 时最大瞬时输入能的半次振动循环 区间 , 从时程上比较可以看到 , 地震动输入结构的最
大瞬时输入能时程处于速度脉冲区段。从而说明速 度脉冲波形对 地震动最大瞬时输入能 具有决定作 用。
CHARACTERISTICS OF INSTANTANEOUS INPUT ENERGY OF GROUND MOTION CONTAINING VELOCITY PULSES
Zuo Q iong Wu Q iang Chen Shaolin
( Department of Civil Eng ineering, Nanjing U niversity of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: It is believed that a pulse actio n is the main character istic o f near fault gr ound mo tio ns An
法 , 按文献[ 8] 中式 ( 7) 、 式 ( 8) 计算单自由度结构在
弹性和弹塑性状态时的瞬时输入能。 3. 1 瞬时输入能的时程特性 输入 109 条具有速度 脉冲地震动 进行时程 分 析, 对每次地震动的最大瞬时输入能的结果进行统 计分析表明, 单自由度结构在多遇地震动作用下保 持弹性状态时, 输入结构的最大瞬时输入能总发生 于速度脉冲时程上 , 即最大瞬时输入能与速度脉冲
结构在地震过程中吸收地震能, 转化为结构的 动能、 阻尼耗能、 可恢复应变能和滞回耗能, 其中动 能和可恢复应变能只参与结构能量的转化, 不参与 结构能量的吸收 , 地震动结束后, 结构的动能和可恢 复应变能将为零。地震结束时的相对输入能称为相 3
速度脉冲型地震动瞬时输入能特性 求解动力方 程的数值 积分方法 采用 W ilson ! 187
表1
地震名称 Cap e M endocino C hi C hi D uzce Erzican Imperial Vall ey K obe K ocaeli Lan ders Loma Priet a N ort hridge San Fernando S uperst it n H ill s
速度脉冲型地震动瞬时输入能特性研究*
左 琼 吴 强 陈少林
210016) ( 南京航空航天大学土木工程系 , 南京 摘
要 : 近断层地震动最显著的特点是由方向性效应和滑冲效应引起的脉冲型地面运动。通过建立单自
由度体系瞬时输入能计算模型 , 输入速度脉冲地震记录进行了 弹塑性时 程分析 , 计算出地 震动对结 构的瞬时 输入能量 , 研究了具有速度脉冲型地震动这种荷载形式的瞬时输入能特性及与结构最大位移反应的 关系。研 究结果表明 , 对于 12 次强地震动中 109 条具有速度脉冲的地震记录 , 输入结构的最大瞬时输入能总处于速度 脉冲发生位置 , 说明速度脉冲波形对地震动最大瞬时输入能具 有决定作 用 , 并 由最大瞬时 输入能量 与结构最 大位移反应的对应关系 , 验证了近断层地震动对结构的破 坏作用与 速度脉冲有 关。此外 , 与无速度脉 冲地震 动相比 , 具有速度脉冲会增大长 周期 结构的 瞬时 输入能 , 并 且输 入结构 的最 大瞬时 输入 能随 地面 峰值 速度 ( PGV ) 和峰值加速度 ( P GA ) 的比值增大而增大。 关键词 : 近断层 ; 速度脉冲 ; 瞬时输入能
t t t t 0
mx x dt + 0
cx x dt + 0
kx x dt = 0
ma g x d t ( 2)
a- 滞回模型 ; b- 恢复力曲线 k- 初始刚度 ; d y - 屈服位移 ; f y - 屈服力 ; d u - 极限位移 ; f u - 极限力 ; de - 保持弹性位移 ; f e - 保持弹性力 图1 双线型滞回模型
2 [ 10]
对总输入能 , 简称总输入能 , 它反映了结构在地震中 需要耗散的总能量。瞬时输入能为连续两速度零点 间的能量输入, 由于速度为零, 动能增量也为零, 瞬 时能量输入方程为 :
t+ t t+ t t+ t
-
t
mag x dt =
t
cx x dt +
t
kx x dt
( 3)
式中: 时间间隔 t 是指结构经历半次振动循环 所需的时间 , 因此 t 是一个变化值。 2. 2 滞回模型与计算参数 为了考察 t 段内输入结构的地震能量, 本文 采用双线型滞回曲线( 图 1) 作为单自由度体系恢复 力特性计算模型, 结构屈服后刚度降低系数取 = 2% , 阻尼系数取 = 5% 。 结构模型取单位质量, 量 纲为 kg 。 在分析中采用强度折减系数 R , 其定义为 结构在地震动作用下结构保持完全弹性所需要的最 低强度 f e 与相同地震动作用下屈服强度 f y 之比 , 即 R = f e/ f y。 文中取 R = 5。 各符号及意义见图 1b。
instantaneo us input ener gy mo del for a single deg ree of f reedo m sy st em is established and near fault seismic r eco rds ar e input fo r elasto plastic t ime histo ry analy sis and instantaneo us input ener gy o f each ea rthquake is comput ed It is found that max imum instantaneo us input energ y to structure co incides w ith velocity pulse in time histo ry recor d and is pr oved to be determ ined by velo city pulse Structure failur e relat ed to velocit y pulse is verified Further more, instantaneous input energ y to long periods str ucture inflicted by velocit y pulse g round mo tions is g reater than no velocity pulse g ro und mo tions and is pro po rtional to ratio of the peak g round velocity and the peak g ro und acceler atio n. Keywords: nea r fault; velo city pulse; instantaneous input ener gy