强震地面运动周锡元

强震地面运动周锡元第1页，课件共47页，创作于2023年2月提纲：随机地震动的统计特性设计谱和GPS技术在强震记录数据处理中的应用;强震地面运动场的三维数值模拟;功率谱模型的改进;地震动非平稳特性的影响;结论与建议.第2页，课件共47页，创作于2023年2月1随机地震动的统计特性地震动持续时间地震动峰值特性包络线(强度非平稳性)频率成分(含量)的非平稳性第3页，课件共47页，创作于2023年2月设计谱与真实反应谱的差异关于地震动强度或设防烈度，自上世纪70年代以来广泛采用地震危险性分析方法，至于反应谱峰值的形状一直采用Housner提出的平滑化设计谱。应该指出，这种平滑化的设计谱与真实的反应谱之间是存在一定的差异的。真实地震的反应谱是随周期波动变化的，而且变化的幅度比较大。第4页，课件共47页，创作于2023年2月设计地震应该是单纯的地震动特性还是综合了结构和地震的特性?

-----这样的争论来源于对设计谱的理解Housner对设计谱的解释:设计谱工实际用的平滑化反应谱为什么可以用平滑化的谱取代实际的波动状反应谱?结构的周期不能正确的确定对迭加在平滑化谱上的波动成分是未知的考虑到结构的阻尼,材料的强度和延性以及结构的非线性影响第5页，课件共47页，创作于2023年2月设计谱和GPS技术在强震记录数据处理中的应用1.1关于设计谱

－－拟加速度谱－－相对位移谱美国与中国的设计谱与抗震设计软件中的处理方法第6页，课件共47页，创作于2023年2月第7页，课件共47页，创作于2023年2月第8页，课件共47页，创作于2023年2月欧洲抗震设计规范中的位移反应谱TD=2sTE=6sTF=10s第9页，课件共47页，创作于2023年2月随机地震动功率谱的基本特性在给定震级和距离的条件下平滑化功率谱也具有随机性，但是它们的离散性相对比较小，迭加在其上的波动成分随机性更大，而且有一定的共性，所以可以说是高阶随机或超随机特性。这两部分贡献可以分开来加以统计。随机波动成分对方差或地震动强度是基本没有贡献的。第10页，课件共47页，创作于2023年2月第11页，课件共47页，创作于2023年2月第12页，课件共47页，创作于2023年2月第13页，课件共47页，创作于2023年2月Typicalautocorrelationfunction第14页，课件共47页，创作于2023年2月Typicalpowerspectrumdensity第15页，课件共47页，创作于2023年2月第16页，课件共47页，创作于2023年2月第17页，课件共47页，创作于2023年2月第18页，课件共47页，创作于2023年2月地震动记录统计特征的随机特性1、自相关函数和互相关函数对自相关函数用曲线

来拟合第19页，课件共47页，创作于2023年2月第20页，课件共47页，创作于2023年2月第21页，课件共47页，创作于2023年2月三方向地震动的谱特性三向地震动的谱特性的差异如何根据规范中的单向地震反应谱产生多向地震动时程竖向地震反应谱的场地相关特性地震动场的模拟第22页，课件共47页，创作于2023年2月2GPS技术在强震记录数据处理中的应用－－GPS技术的特点－－强震观测中存在的问题－－GPS技术的应用1次/s的采样率2002年美国Denali7.9级地震2003日本Tokachi-Oki8.0级地震2003年SanSimeon6.5级地震

地面运动永久位移无法确定第23页，课件共47页，创作于2023年2月经过低通滤波以后的GPS位移与采用不同频带滤波以后的加速度时程的比较第24页，课件共47页，创作于2023年2月从加速度和GPS信号中分析得到的阻尼比为0.05的位移谱的比较

第25页，课件共47页，创作于2023年2月3.强震地面运动场的三维数值模拟模拟方法：有限断层模型基本思想：发震断裂子断裂较小的地震断层方位滑冲方向断层方位相应于基本参数第26页，课件共47页，创作于2023年2月

怀来-延庆盆地波速结构测点（黑三角）布置和数值模拟范围第27页，课件共47页，创作于2023年2月计算区域内的岩土分层情况

第28页，课件共47页，创作于2023年2月24个子震源在断层面上的分布

第29页，课件共47页，创作于2023年2月观测点上的位移、速度和加速度时程

第30页，课件共47页，创作于2023年2月动速度和位移沿测线的转播过程

第31页，课件共47页，创作于2023年2月

研究区域的地震动强度（烈度）分布

第32页，课件共47页，创作于2023年2月4.地震动功率谱模型的改进◆随机模型存在的问题◆对新模型的构想----看作是白噪声过程分别经过高、低频滤波以后得到的平稳过程或两个高斯Markov过程的叠加或复合，因此也可以称为复合Markov模型。第33页，课件共47页，创作于2023年2月(a)用高低频截断方式限制高低频成分（竖线部分为有限带宽白谱）

(b)用高低通滤波器限制高低频成分第34页，课件共47页，创作于2023年2月复合Markov功率谱模型:

第35页，课件共47页，创作于2023年2月

Markov功率谱模型与Kanai-Tajimi模型的对比

第36页，课件共47页，创作于2023年2月包络函数的几种形式

：平稳化过程：是一个确定性的时间函数与一个平稳随机过程的乘积，即：5.地震动非平稳特性的影响第37页，课件共47页，创作于2023年2月

四种模型模拟的El_Centro波包线

第38页，课件共47页，创作于2023年2月四种模型模拟的集集地震的包线

第39页，课件共47页，创作于2023年2月5考虑地震动非平稳特性的CCQC（t）法：第40页，课件共47页，创作于2023年2月CSRSS（t）法：CQC（t）法：SRSS（t）法：第41页，课件共47页，创作于2023年2月第42页，课件共47页，创作于2023年2月发展基于随机过程理论的抗震设计方法（1）分析加速度时程对结构的破坏作用，研究加速度时程作为随机过程的统计特征和参数，其中包括幅值和频率特性非平稳性的表达方式等；（2）探索对加速度时程进行危险性分析的方法；（3）研究结构在随机地震地面运动作用下的动力反应分析方法；（4）在统一的概率定义下对结构进行可靠度分析，获得真正意义上的结构可靠度水准。第43页，课件共47页，创作于2023年2月这样的加速度时程不是一个确定性的时间函数，但是可以定义为一个随机函数，其统计特性可以看作是确定性变量并由这些统计参数来产生样本随机过程，也可以直接用一组样本随机过程来表示。这样得到的具有一定概率水准的加速度时程可以作为重大工程的的设计地震或输入地面运动，并据此对结构地震反应进行可靠性分析。

第44页，课件共47页，创作于2023年2月6.结论与建议1、今后需要研究相对位移反应谱在长周期段的特征，进一步拓宽设计反应谱的适用范围；2、在地面和结构上布置高采样率的GPS接收器，研究相应的数据处理方法和软件，综合利用观测数据，分析记录位移随时间的动态和静态变化规律；3、地震动的非平稳性及其对结构反应的影响，还有待进一步研究；第45页，课件共47页，创作于2023年2月4、有限差分和其他离散化方法可以有效地应用于地震动场的数值模拟，目前的研究工作已经在这方面奠定了良好的基础，今后还需要发展标准化的数值分析技术和计算机软件，为在城市和区域基础设施建