強震地面運動周錫元

強震地面運動周錫元第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月提綱：隨機地震動的統(tǒng)計特性設(shè)計譜和GPS技術(shù)在強震記錄數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用;強震地面運動場的三維數(shù)值模擬;功率譜模型的改進(jìn);地震動非平穩(wěn)特性的影響;結(jié)論與建議.第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1隨機地震動的統(tǒng)計特性地震動持續(xù)時間地震動峰值特性包絡(luò)線(強度非平穩(wěn)性)頻率成分(含量)的非平穩(wěn)性第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計譜與真實反應(yīng)譜的差異關(guān)于地震動強度或設(shè)防烈度，自上世紀(jì)70年代以來廣泛采用地震危險性分析方法，至于反應(yīng)譜峰值的形狀一直采用Housner提出的平滑化設(shè)計譜。應(yīng)該指出，這種平滑化的設(shè)計譜與真實的反應(yīng)譜之間是存在一定的差異的。真實地震的反應(yīng)譜是隨周期波動變化的，而且變化的幅度比較大。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計地震應(yīng)該是單純的地震動特性還是綜合了結(jié)構(gòu)和地震的特性?

-----這樣的爭論來源于對設(shè)計譜的理解Housner對設(shè)計譜的解釋:設(shè)計譜工實際用的平滑化反應(yīng)譜為什么可以用平滑化的譜取代實際的波動狀反應(yīng)譜?結(jié)構(gòu)的周期不能正確的確定對迭加在平滑化譜上的波動成分是未知的考慮到結(jié)構(gòu)的阻尼,材料的強度和延性以及結(jié)構(gòu)的非線性影響第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計譜和GPS技術(shù)在強震記錄數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用1.1關(guān)于設(shè)計譜

－－擬加速度譜－－相對位移譜美國與中國的設(shè)計譜與抗震設(shè)計軟件中的處理方法第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月歐洲抗震設(shè)計規(guī)范中的位移反應(yīng)譜TD=2sTE=6sTF=10s第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機地震動功率譜的基本特性在給定震級和距離的條件下平滑化功率譜也具有隨機性，但是它們的離散性相對比較小，迭加在其上的波動成分隨機性更大，而且有一定的共性，所以可以說是高階隨機或超隨機特性。這兩部分貢獻(xiàn)可以分開來加以統(tǒng)計。隨機波動成分對方差或地震動強度是基本沒有貢獻(xiàn)的。第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Typicalautocorrelationfunction第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Typicalpowerspectrumdensity第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月地震動記錄統(tǒng)計特征的隨機特性1、自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)對自相關(guān)函數(shù)用曲線

來擬合第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三方向地震動的譜特性三向地震動的譜特性的差異如何根據(jù)規(guī)范中的單向地震反應(yīng)譜產(chǎn)生多向地震動時程豎向地震反應(yīng)譜的場地相關(guān)特性地震動場的模擬第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2GPS技術(shù)在強震記錄數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用－－GPS技術(shù)的特點－－強震觀測中存在的問題－－GPS技術(shù)的應(yīng)用1次/s的采樣率2002年美國Denali7.9級地震2003日本Tokachi-Oki8.0級地震2003年SanSimeon6.5級地震

地面運動永久位移無法確定第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過低通濾波以后的GPS位移與采用不同頻帶濾波以后的加速度時程的比較第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月從加速度和GPS信號中分析得到的阻尼比為0.05的位移譜的比較

第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.強震地面運動場的三維數(shù)值模擬模擬方法：有限斷層模型基本思想：發(fā)震斷裂子斷裂較小的地震斷層方位滑沖方向斷層方位相應(yīng)于基本參數(shù)第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

懷來-延慶盆地波速結(jié)構(gòu)測點（黑三角）布置和數(shù)值模擬范圍第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月計算區(qū)域內(nèi)的巖土分層情況

第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月24個子震源在斷層面上的分布

第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月觀測點上的位移、速度和加速度時程

第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月動速度和位移沿測線的轉(zhuǎn)播過程

第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

研究區(qū)域的地震動強度（烈度）分布

第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月4.地震動功率譜模型的改進(jìn)◆隨機模型存在的問題◆對新模型的構(gòu)想----看作是白噪聲過程分別經(jīng)過高、低頻濾波以后得到的平穩(wěn)過程或兩個高斯Markov過程的疊加或復(fù)合，因此也可以稱為復(fù)合Markov模型。第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)用高低頻截斷方式限制高低頻成分（豎線部分為有限帶寬白譜）

(b)用高低通濾波器限制高低頻成分第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合Markov功率譜模型:

第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

Markov功率譜模型與Kanai-Tajimi模型的對比

第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月包絡(luò)函數(shù)的幾種形式

：平穩(wěn)化過程：是一個確定性的時間函數(shù)與一個平穩(wěn)隨機過程的乘積，即：5.地震動非平穩(wěn)特性的影響第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

四種模型模擬的El_Centro波包線

第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四種模型模擬的集集地震的包線

第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月5考慮地震動非平穩(wěn)特性的CCQC（t）法：第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月CSRSS（t）法：CQC（t）法：SRSS（t）法：第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展基于隨機過程理論的抗震設(shè)計方法（1）分析加速度時程對結(jié)構(gòu)的破壞作用，研究加速度時程作為隨機過程的統(tǒng)計特征和參數(shù)，其中包括幅值和頻率特性非平穩(wěn)性的表達(dá)方式等；（2）探索對加速度時程進(jìn)行危險性分析的方法；（3）研究結(jié)構(gòu)在隨機地震地面運動作用下的動力反應(yīng)分析方法；（4）在統(tǒng)一的概率定義下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析，獲得真正意義上的結(jié)構(gòu)可靠度水準(zhǔn)。第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月這樣的加速度時程不是一個確定性的時間函數(shù)，但是可以定義為一個隨機函數(shù)，其統(tǒng)計特性可以看作是確定性變量并由這些統(tǒng)計參數(shù)來產(chǎn)生樣本隨機過程，也可以直接用一組樣本隨機過程來表示。這樣得到的具有一定概率水準(zhǔn)的加速度時程可以作為重大工程的的設(shè)計地震或輸入地面運動，并據(jù)此對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)進(jìn)行可靠性分析。

第44頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月6.結(jié)論與建議1、今后需要研究相對位移反應(yīng)譜在長周期段的特征，進(jìn)一步拓寬設(shè)計反應(yīng)譜的適用范圍；2、在地面和結(jié)構(gòu)上布置高采樣率的GPS接收器，研究相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法和軟件，綜合利用觀測數(shù)據(jù)，分析記錄位移隨時間的動態(tài)和靜態(tài)變化規(guī)律；3、地震動的非平穩(wěn)性及其對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響，還有待進(jìn)一步研究；第45頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月4、有限差分和其他離散化方法可以有效地應(yīng)用于地震動場的數(shù)值模擬，目前的研究工作已經(jīng)在這方面奠定了良好的基礎(chǔ)，今后還需要發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值分析技術(shù)和計算機軟件，為在城市和區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建