重大工程场地地震动输入参数研究

论文摘要

合理的地震动输入是保证结构抗震设计结果可靠与经济的必要条件。目前国内外普遍采用的反应谱法没有考虑地震动持时及空间变化性的影响；拟合目标反应谱的人造地震动方法不能得到频率非平稳加速度；国内规范在加速度峰值的选取方面存在不相衔接的现象；一致概率反应谱并不是同一地震事件的真实反应谱，该谱的中、长周期值不合理显著偏大，造成抗震设计十分困难。本文针对本文针对地震加速度峰值特性、时频谱的衰减特性及地震动参数的空间变化性等方面进行了深入研究，并在此基础上探讨了综合考虑地震动三要素影响的设定地震方法和工程场地非平稳加速度时程的合成方法；最后将研究结果应用于新疆克孜尔坝址地震动输入参数的确定。主要内容及成果如下： (1)通过对地震加速度记录放大系数谱的计算分析，给出了基岩和土层记录的水平和竖向地震分量的有效峰值加速度(EPA)的计算式。通过对峰值加速度(PGA)和EPA统计分析表明，PGA与EPA间存在强线性和对数线性相关性，可根据相关性方程进行PGA与EPA间的相互转换或预测，便于国内规范的配套使用。通过影响因素分析发现，衰减关系式的选取、年超越概率的大小、场点与潜在震源的位置关系及潜在震源的震级上限的大小等都将直接影响PGA和EPA取值及两者的比例关系。 (2)根据中国大陆与美国西部在地震构造、地震成因等方面的相似性，利用美国西部基岩加速度强震记录资料，建立了适用于中国大陆的时变功率谱和能量等效速度谱的衰减关系式。分析了震级、震中距对时变功率谱及能量等效速度谱的影响规律。 (3)应用通过分析局部空间位置变化对地震动参数影响显著程度来研究地震动参数空间分布规律的方法，建立了地震动参数随局部空间位置坐标变化的随机预测模型。结果表明：空间位置坐标的变化对不同的地震动参数或模型参数的影响规律及影响程度不相同，不同的地震动参数具有不同的空间分布形式。 (4)提出了由EPA确定最大贡献潜源、由0.2s周期点的能量等效速度谱确定设定地震的震级和震中距、并根据地震构造条件确定设定地震的具体位置的设定地震方法。该方法综合考虑了地震动三要素—幅值、频谱和持时对设定地震结果的影响。 (5)探讨了根据时变功率谱衰减规律、地震动参数空间变化模型及设定地震结果进行多点输入非平稳加速度时程合成的方法。 (6)利用本文提出的方法，对新疆克孜尔坝址所在的地震研究区进行了地震危险性分析和设定地震研究，确定了坝址4种超越概率下的地震动输入参数——加速度峰值、加速度反应谱及加速度时程。并对依据不同参数进行设定地震所取得的结果进行了比较分析，验证了本文设定地震方法的合理性。

论文目录

• 前言
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 表格目录
• 插图目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地震动参数
• 1.2.2 工程场地地震动输入参数
• 1.2.3 目前地震动输入参数的确定方法
• 1.2.4 地震动参数衰减分析
• 1.2.5 地震动参数的空间变化性
• 1.2.6 地震危险性分析
• 1.2.7 设定地震方法
• 1.2.8 加速度时程合成方法
• 1.3 重大工程场地地震动参数确定中存在的主要问题
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 地震加速度峰值特性研究
• 2.1 强震记录资料的选取
• 2.1.1 记录资料的来源
• 2.1.2 地震动影响参数的选用
• 2.1.3 美国西部记录
• 2.1.4 SMARF-1台阵记录
• 2.2 强震记录 EPA的计算方法
• 2.2.1 确定 EPA计算式的原则
• 2.2.2 记录加速度反应谱和平均放大系数谱的计算
• max和T'的确定'>2.2.3 （K|-）_max和T'的确定
• 2.2.4 基岩和土层放大系数谱的比较分析
• 2.2.5 EPA计算式
• 2.2.6 结果分析
• 2.3 PGA、EPA相关性分析
• 2.3.1 相关系数的计算
• 2.3.2 美国西部基岩记录的相关性
• 2.3.3 SMART-1台阵土层记录的相关性
• 2.3.4 结果分析
• 2.4 PGA与EPA比例关系分析
• 2.4.1 美国西部基岩记录
• 2.4.2 SMART-1台阵土层记录
• 2.4.3 不同场地条件下PGA与 EPA比值的比较分析
• 2.5 PGA与EPA衰减分析
• 2.5.1 衰减关系推求
• 2.5.2 衰减关系式的比较分析
• 2.5.3 震级震中距对 PGA与 EPA间各种比值的影响
• 2.6 PGA与EPA的影响因素分析
• 2.6.1 衰减关系式的影响
• 2.6.2 年超越概率和潜源分布等的影响
• 2.7 本章小结
• 第三章 地震动时变功率谱和能量等效速度谱的衰减分析
• 3.1 时变功率谱的衰减分析
• 3.1.1 记录时变功率谱的计算方法
• 3.1.2 时变功率谱模型参数的拟合
• 3.1.3 模型参数随震级 M、震中距 R变化的衰减关系式推求
• 3.1.4 衰减系数随频率f变化方程的建立
• 3.1.5 震级震中距和频率对衰减规律的影响分析
• 3.1.6 时变功率谱模型参数衰减规律的比较分析
• 3.1.7 我国抗震设计中时变功率谱衰减模型的选取
• 3.2 能量等效速度谱的衰减分析
• 3.2.1 能量等效速度谱的计算方法
• 3.2.2 能量等效速度谱随震级距离的衰减规律
• 3.2.3 震级震中距对衰减规律规律的影响分析
• 3.2.4 能量等效速度谱衰减规律的比较分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 地震动参数空间变化性分析
• 4.1 空间变化性的分析方法
• 4.1.1 测点相对坐标的设定
• 4.1.2 回归模型的建立
• 4.1.3 显著性检验方法
• 4.1.4 最显著回归方程的确定方法
• 4.2 加速度峰值的空间变化性
• 4.2.1 PGA的空间变化性
• 4.2.2 EPA的空间变化性
• 4.2.3 PGA与EPA的空间随机分布模型
• 4.3 强度包线函数的空间变化性
• 4.3.1 模型的选取
• 4.3.2 SMART-1记录强震持时的计算方法
• 4.3.3 加速度强度包线的推求及模型参数的拟合
• 4.3.4 强度包线模型参数的空间变化性分析
• 4.3.5 模型参数空间变化的随机模型
• 4.4 平稳自功率谱的空间变化性
• 4.4.1 模型的选取
• 4.4.2 记录功率谱的计算及模型参数的拟合
• 4.4.3 各模型参数的空间变化规律
• 4.4.4 模型参数的空间变化模型
• 4.5 非平稳功率谱的空间变化性
• 4.5.1 时变功率谱的计算及模型参数值的拟合
• 4.5.2 时变功率谱模型参数的空间变化性
• 4.5.3 随机预测模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 新疆克孜尔坝址地震动输入参数的确定
• 5.1 工程及地震地质条件概况
• 5.2 坝址地震危险性分析
• 5.2.1 地震区带和潜源的划分及参数的确定
• 5.2.2 衰减规律的选取
• 5.2.3 概率计算及结果分析
• 5.3 设定地震方法研究
• 5.3.1 地震动参数的选取
• 5.3.2 最大贡献潜源的确定
• 5.3.3 设定地震的确定
• 5.4 坝址设定地震的确定
• 5.4.1 最大贡献潜源的确定
• 5.4.2 设定地震的确定
• 5.4.3 设定地震与地震构造的一致性
• 5.5 坝址设计反应谱的确定
• 5.6 坝址加速度时程的合成
• 5.6.1 单点输入非平稳加速度时程的合成
• 5.6.2 多点输入非平稳加速度时程的合成
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 本文主要创新点
• 6.3 还有待深入研究的问题
• 参考文献
• 博士在读期间发表的论文
• 致谢