基于NGA-West2强震数据的地震动持时研究

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地震动输入在工程抗震设防的研究中具有重大意义,由于天然地震尤其是近场大震记录数量有限,往往还包含复杂的场地影响,不适合直接用于其他工程场地。因此,人工合成地震动是一个提供地震动输入时程的有效途径。在人工合成地震动时程时,往往集中如何满足频谱特征和幅值的要求,持时选取相对简单。事实上,持时对结构非线性响应影响较大,但相比于幅值与频谱特征来说,有关地震动持时的研究仍然较少。本文基于太平洋地震工程中心的NGA-West2强震数据库,以及近年数次7.0以上震级的地震动记录,完成主要工作如下:(1)根据持时自身定义,分析讨论括号持时以及显著持时的特点和不足之处:括号持时数值大小受阈值影响过大,且可能会夸大对持续时间的描述;一致持时无法描述连续时间段;当能量累积过快时,显著持时可能会忽略时程首尾较大的加速值,得到较小的持时数值。(2)探讨地震动持时的主要影响因素,以及显著持时、括号持时分别与震级、断层距的相关性。随震级增大,地震动的持续时间会有所增长;括号持时、一致持时与断层距呈负相关,但显著持时与断层距呈正相关;场地条件可以显著影响地震动持时;显著持时的数值受加速度时程形状影响,同一地震动记录的两个水平分量的显著持时可能存在较大差异。显著持时与断层距呈显著的正相关,但是与震级的正相关并不显著;括号持时数值明显地随震级的增大而增大,随断层距的增大而减小。(3)基于PEER NGA-West2的77次地震,共2917对地震数据,进行了考虑随机效应的多参数非线性回归分析,得到了持时预测方程。再补充汶川地震(MW=7.9)以及日本福岛地震(MW=9.0)的地震动记录,再次进行回归分析,对预测方程进行修正,探讨修正后持时预测方程的变化。基于回归得到的持时预测方程,对比显著持时与括号持时的预测数值结果:在更近的断层距范围内,括号持时预测数值大于显著持时,特别对于大震,此现象尤为明显。(4)参考地震动包络函数相关研究,对比预测方程的持时数值与强震平稳段持时大小,讨论持时的定义及取值。对比发现,在大震、巨大震近场,括号持时(0.01g)、括号持时(0.05g)大于强震段持时(ts)。因此,本文建议将括号持时作为地震动强度包络函数强震段持时。
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