地震动衰减关系(GMPEs)是确定结构设计中地震荷载和抗震水平的一个重要部分,过去对地震动衰减关系的研究主要集中在水平方向,然而近年来的地震灾害观测表明,强烈的竖向地震动同样会导致建筑结构产生严重破坏。我国针对竖向地震动的研究严重滞后,由于竖向地震动的衰减特性和水平向地震动存在很大的差异,现行规范使用简单关系描述竖向与水平向反应谱比值的方法并不合理,针对竖向地震动建立衰减关系迫在眉睫。俯冲带地区具有复杂的地质条件,不仅存在一般陆地地区常见的地壳内地震,而且包含了俯冲板间,俯冲板内等其他几类地震。日本地区强地震动台网分布密集,在近年来获得了大量的强震记录。利用日本俯冲带地区丰富的强震记录来建立一个高质量的竖向地震动衰减关系合理可行。在此前提下,本文选用了1968年至2012年间主要由日本Ki K-net和K-NET台网获取的136个俯冲板内地震的4710条强震记录,89个浅层壳内地震的5647条记录,以及47个上地幔地震的1988条记录作为数据基础,分为(1)俯冲板内模型;(2)浅层壳内和上地幔模型两组,研究并建立了一个竖向地震动衰减关系。在本文建立竖向衰减关系时,参考了Zhao2016俯冲带水平向衰减关系的研究方法,对比与选用了一套合理的地震信息目录以确定震源位置信息,并联合Slab1.0几何模型对俯冲带地区地震按构造类型进行了划分。针对俯冲带地震动特性,分别对各部分效应中的可能存在的影响变量加以讨论和比选。显著性检验和AIC准则被使用于判断参数的适用性。在震源效应模型中,本文联合PEER全球壳内数据库,选取使用分段点为M_W=7.1的两段线性的震级参数描述震级饱和效应;断层机制和震源深度参数均被考虑。在路径效应模型中,采用了分离几何衰减率和粘滞衰减率的设置方法,并考虑了近场或远场路径效应的影响因子,以及活动火山作用区域深部岩石的特殊性质,采用了附加或修正参数项来描述这些因子对路径效应的影响。在场地效应模型中,使用了按剪切波速和基岩深度计算的场地周期参数,根据场地周期把场地分为四类并对各类场地使用一个独立的常数项。本文使用了随机效应方法进行模型的回归,两组数据集被选用于确定模型参数,一组包含有尽可能多的大震记录以确定大震参数,另一组剔除了由推测得到的场地信息以获取更准确的其余模型参数。数据的震级范围选取为≥4.9,基于震级的距离截断方法被采用,最大的距离为300km。最终选择了对0~5.0s范围内的37个谱周期(含PGA)上计算5%阻尼比下的加速度反应谱值建立预测模型。本文提出了一种平滑方法对衰减模型的回归参数进行处理,该方法通过对比参数敏感度顺序和考虑随机误差产生的过程,按照一定的顺序对回归参数依次进行平滑,最终得到了在衰减关系适用范围内平滑的各个参数和反应谱预测值,并给出了模型各部分的标准差。利用这一成果,通过几组衰减关系的对比,本文进一步得到以下结论:1.三类地震的竖向衰减关系在模型参数、反应谱预测值上存在较大的差别;两组模型所包含的各部分随机误差也具有显著差异。这些结果说明分离三类地震并使用两组衰减模型分别建立衰减关系是合理的。2.与Zhao2016水平向模型的对比显示:竖向与水平向地震动在震源效应,路径效应,场地效应上均存在一定的区别。来源于场地效应的随机误差,竖向模型在中长周期上要显著小于水平向模型。横向与竖向(H?V)谱比值是受到多个参数影响的复杂函数,近场、大震、软土场地等条件都可能进一步使H?V谱比值减小,H?V谱比值在短周期0.04s~0.06s附近取得极小值,此时竖向地震动作用相当明显。3.通过与SBSA16模型的对比可以发现,本文模型考虑了深度,近场和远场的路径衰减率等更丰富的影响参数。