地震动特性的影响因素与不确定性分析

论文摘要

本文利用欧洲强震数据库、美国强震数据库以及我国台湾地区的上万条地震记录,并根据研究内容不同,按照震级、震中距、场地类别或者震源机制进行了分组,在分组记录的基础上,从不同角度对地震动若干特性进行了比较详细的统计分析。除此之外,本文还研究了场地类别、传播途径和震源机制等因素对地震动若干特性的影响,着重分析对比了同样震级、距离和场地条件下记录到的地面运动的差异和不确定性影响,初步分析了可能产生这种不确定性的原因。本文在欧洲强震记录数据库中挑选出163组强震记录,分析了地震动强度包络函数的统计特性,着重讨论了地震动正负向包络线是否具有对称性以及三分量包络线的异同。结果表明,平均包线基本上都可以用单峰点的曲线来表示,但是正负向包络线一般都不具有对称性,其光滑程度也不尽相同。从三分量包络线的比较中可以看到,竖向分量的平均包络线的峰值最早出现,攀升速度也较快;与竖向分量包络线相比,水平分量的平均包络线显得更宽平一些。论文以美国西部、日本神户、土耳其、墨西哥、台湾集集地震等基岩场地上的156组强震记录为基础,应用强震记录的穿零率来反映频率特性随时间变化的非平稳特性,并与采用峰点法考虑涟波效应的结果进行了比较。分析结果表明穿零率方法是可以在一定程度上反映频率特性的非平稳性的。考虑到地震动主频(卓越频率)对结构反应具有控制作用,文章对强震记录主频的时变特性也进行了初步的研究,与穿零率比较,主频随时间的的波动变化显得更大一些。论文还针对921台湾集集地震中不同震中距和不同类别场地上的地震记录,研究了场地类别对地震动持时、PGA、包络线、反应谱等的影响。结果表明地震动水平分量的持时随着场地依次变软而增大;断层方向对PGA衰减特征有一定影响;不同震中距离和场地条件下加速度时间历程的包线基本上都是单峰点的时间函数;地震动加速度水平分量包络线与竖向分量包络线有明显的不同;在震中距相同的条件下,场地愈软弱,在短周期段的谱比值EW/NS愈接近1。一般来讲场地愈软,在短周期(<0.1秒)段的V/H谱比值有变大的趋势,而在长周期(>特征周期)段则是变小的趋势;而且相对来说V/EW谱比值随场地变软而减小的趋势更明显一些。文中将欧洲及其周围地区的强震记录按照震源机制分组,详细的分析了不同震源机制对地震动近断层频谱特性的影响,结果表明震源机制对地震动频谱特性的影响较为显著。逆断层地震动的卓越频率略大于具有其它类震源机制的地震动的卓越频率。不同震源机制的地震动相位差谱均值以及均方差随震中距不同有显著的差别。在反应谱的短周期段,走滑断层地震动反应谱比值最大;在长周期段,斜断层地震动反应谱比值最大;正断层地震动反应谱的比值在整个工程师感兴趣的频段内的变化相对来说都比较平缓。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 地震动强度包络线研究现状
• 1.2.2 地震动频率非平稳性的研究现状
• 1.2.3 局部场地条件对地震动特性的影响
• 1.2.4 震源机制对地震动特性的影响研究现状
• 1.2.5 地震动不确定及影响因素的研究进展
• 1.3 本课题研究意义
• 1.4 本文的数据来源、研究内容及方法
• 第2章 地震动强度包络函数统计特征分析
• 2.1 地震动的预处理以及包络线的确定
• 2.2 地震动强度包络线的对称性
• 2.3 场地类别及震源机制对包络线及其不对称性的影响
• 2.3.1 场地类别的影响
• 2.3.2 震源机制的影响
• 2.4 地震动三分量强度包络线的异同
• 2.5 本章小结
• 第3章 强震记录频率非平稳特性的若干研究
• 3.1 强震频率非平稳性统计特征的数据基础
• 3.2 穿零率的统计特性分析
• 3.2.1 地震动持续时间与震级以及震中距的关系
• 3.2.2 对穿零率的一些统计结果
• 3.2.3 穿零率函数的拟合
• 3.2.4 地震动主频率随时间变化（时变）的特征
• 3.2.5 峰点法与穿零法对比研究
• 3.3 地震动主频的时变特性研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 场地类别对地震动若干特性的影响
• 4.1 地震动记录概况
• 4.2 对地震动持时的统计分析
• 4.3 场地类别对地震动PGA 的影响
• 4.4 地震动强度包络线统计分析
• 4.5 地震动加速度反应谱统计分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 震源机制对近断层地震动频谱特性的影响
• 5.1 数据概况
• 5.2 卓越频率在不同震源机制下的差异
• 5.2.1 不同震源机制地震动卓越频率的统计分析
• 5.2.2 地震动卓越频率的距离关系
• 5.3 震源机制对地震动相位差谱的影响
• 5.3.1 相位谱
• 5.3.2 相位差谱
• 5.3.3 相位差谱的统计模型
• 5.4 不同震源机制地震动反应谱放大系数的统计特性
• 5.4.1 不同震源机制地震动反应谱
• 5.4.2 不同震源机制地震动竖向与水平分量反应谱比值
• 5.5 本章小结
• 第6章 地震动不确定性及其影响因素的初步分析
• 6.1 欧洲数据库中地震动不确定性研究
• 6.1.1 数据来源
• 6.1.2 地震动相应分量的PGA 比值
• 6.1.3 地震动频谱特性的不确定性分析
• 6.1.4 地震动反应谱放大系数的不确定性
• 6.1.5 地震动时程的比较分析
• 6.1.6 地震动不确定性对结构反应的影响
• 6.2 其它地区地震动不确定性分析
• 6.2.1 数据来源
• 6.2.2 地震动PGA 不确定性统计分析
• 6.2.3 地震动卓越频率的不确定性研究
• 6.2.4 地震动反应谱放大系数的不确定分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 附录1 欧洲数据库部分记录主要参数
• 附录2 美国数据库部分记录主要参数
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢