近场地震水平及竖向反应谱及设计谱_尹犟

由表 1 数据可知，所选 30 组近场地震记录所处 场地的平均断层距为 4. 2 km，其竖向加速 度 峰 值 与
水平加速度峰值之比的 均 值 达 到 1. 04，远 高 于 远 场 地震的加速度峰值比（ 约 1 /2 ～ 1 /3） ，这表明近场地
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工业建筑 2013 年第 43 卷第 3 期
震的确具有明显高于远场地震的竖向效应。
2． College of Basic Education for Commanding Officers，National University of Defense Technology，Changsha 410072，China； 3． Hunan Provincial Architectural Design Institute，Changsha 410011，China）
9. 55
3. 65
竖向
0. 527
8. 10
3. 23
马姆莫斯湖，美国加州，1980 /05 /25
6. 30
2
水平
0. 382
19. 40
3. 50
2. 79
竖向
0. 321
15. 85
4. 24
马那瓜，尼加拉瓜，1972 /12 /23
6. 24
1
水平
0. 421
21. 35
6. 02
3. 51
近场地震动具有许多不同于远场地震动的特 性 ，其 中 包 括 上 盘 效 应 、方 向 性 效 应 、滑 冲 效 应 、竖 向 效应等［1］。20 世 纪 90 年 代 以 来，世 界 范 围 内 连 续 发生了多次震源距 离 城 市 不 远 的 地 震，如 美 国 的 北 岭地震（ 1994 年） 和台湾的集集地震（ 1999 年） 。由 于这两次地震造成的人员伤亡和经济损失远远超过 了人们的估计，地震 工 程 领 域 的 研 究 人 员 逐 渐 认 识 到 ，近 场 地 震 动 即 使 在 里 氏 震 级 较 小 、加 速 度 峰 值 较 低的情况下仍具有 较 强 的 破 坏 性，有 必 要 对 其 进 行 专门研究。
a—水平分量 TCU103 － N 的加速度时程； b—竖向分量 TCU103 － V 的加速度时程； c—水平分量 TCU103 － N 的速度时程； d—竖向分量 TCU103 － V 的速度时程 图 2 台湾集集 1999 地震 TCU103 台站近场地震记录
Fig． 2 Near-field seismic records from TCU103 station of 1999 Chi-Chi earthquake
43. 33
10. 42
5. 02
竖向
0. 582
29. 78
9. 87
北岭，美国加州，1994 /01 /17
6. 70
5
水平
0. 498
77. 94
21. 70
3. 26
竖向
0. 546
24. 88
9. 29
因皮里尔河谷，美国加州，1979 /10 /15
6. 50
2
水平
0. 320
30. 25
Abstract： Based on 30 sets of acceleration records of near-field earthquake，the influence of vertical effect of nearfield earthquake on the vertical and horizontal response spectra displacement demand of structures was studied in detail． Statistical analysis showed that for the selected acceleration records，the maximum value of the vertical mean spectra was higher than that of the horizontal mean spectra． Hence compared to the far-field earthquake，the nearfield earthquake really had much higher vertical effect． Consulting the internal and overseas research results，the near-field standard design spectra were established adapting to Chinese seismic code． The results showed that after considering the near-field effect，the value of horizontal standard design spectra increased obviously in short-period， which was worth paying much attention by researchers and designers in the field of earthquake engineering． Keywords： near-field earthquake； horizontal spectra； vertical spectra
a—水平分量加速度反应谱； b—竖向分量加速度反应谱； c—水平及竖向分量的加速度反应均值谱 1—单条加速度谱； 2—加速度均值谱； 3—水平加速度谱均值； 4—竖向加速度谱均值 图 3 30 组近场地震记录水平及竖向分量的加速度反应谱
Fig． 3 Response spectra for horizontal and vertical components of 30 sets of near-field seismic records
作为近场地震动的典型特征之一本次所选近场地表1table1震记录的速度时程中均包含一个或多个长周期脉冲见图1图近场地面运动记录nearfieldseismicrecords平均峰值地面加速度pgag02020178046203970537058204980546032005270382032104210377034904100248020706120480平均峰值地面速度pgvcms1226736813501156443332978779424883025810194015852135136923501047149758265711286平均峰值地面位移pgdcm17552555553372104298721709299553233504246023105021162430511020237平均断层距rkm地震名称及发生时间震级m记录组数4方向集集台湾1999092019990925集集台湾19891018洛马普列塔美国19940117北岭美国加州19791015因皮里尔河谷美国加州马姆莫斯湖美国加州19800525马那瓜尼加拉瓜1972122319860708北棕榈泉美国加州惠蒂尔湾美国加州19871001圣萨尔瓦多萨尔瓦多19861010760630690670650630624600600580水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向水平竖向798286502326365279351347397371245221361注
2 近场地震反应谱 我国抗震规范建议将竖向地震影响系数的最大
值取为水平地震影响系数 最 大 值 的 65% ，上 述 规 定 对于远场地震而言 也 许 是 正 确 的，但 对 于 近 场 地 震 而 言 ，其 合 理 性 有 待 检 验 。
本节分水平和竖直两个方向在 0 ～ 10 s 周期范 围内计算了表 1 中 30 组近场地震记录的规准化加 速度反应谱，并将两个方向 上 （ 水 平 及 竖 向 ） 的 加 速 度反应均值谱列于同一图中以便 比 较，结 果 见 图 3。 Sa 为谱加速度。为了更加清晰地对比水平和竖向 反应谱在谱形上的差异，图 3 采用对数坐标。
a—水平分量加速度时程； b—竖向分量加速度时程； c—水平分量速度时徎； d—竖向分量速度时程 图 1 北峰 1994 地震 Canoga Park-Topanga Can 台站近场地震记录
Fig． 1 Near-field seismic records from Park-Topanga Can station of 1994 Northridge earthquake
Industrial Construction Vol. 43，No. 3，2013
围内的弹性加速度 反 应 谱，并 比 较 了 水 平 和 竖 向 加 速度谱的最大值 及 谱 形。 随 后 基 于 国 内、外 已 有 的 研究成果，建立了与 我 国 抗 震 规 范 相 适 应 的 近 场 规 准 化 设 计 谱 ，为 将 来 更 深 入 的 研 究 打 下 基 础 。
近场地震水平及竖向反应谱及设计谱*
尹 犟1 胡其高2 李 鹏3
（ 1． 中南林业科技大学土木工程与力学学院，长沙 410004； 2． 国防科技大学指挥军官基础教育学院，长沙 3． 湖南省建筑设计院，长沙 410011）
410072；
摘 要： 基于 30 组近场地震记录，研究近场地震竖向效应对水平及竖向反应谱的 影 响。 统 计 分 析 表 明， 所选 30 组 近 场 地 震 记 录 的 竖 向 加 速 度 均 值 谱 最 大 值 略 高 于 水 平 均 值 谱 最 大 值 ，表 明 近 场 地 震 的 确 具 有 明 显 高于远场地震的竖向效应。参考国内、外已有的研究成果，结 合 我 国 抗 震 规 范 建 立 了 相 应 的 近 场 规 准 化 设 计 谱。研究表明，考虑近场效应之后，水平 方 向 规 准 化 设 计 谱 的 谱 值 在 较 短 周 期 段 有 较 大 提 高 ，值 得 引 起 地 震 工程界研究设计人员的重视。
表 1 近场地面运动记录 Table 1 Near-field seismic records
地震名称及发生时间
震级 M
记录 组数
方向
平均峰值 地面加
速度 PGA /g
平均峰值 地面
速度 PGV / （ cm·s － 1 ）
平均峰值 地面
位移 PGD / cm
平均 断层距 R / km
集集，台湾，1999 /09 /20
关键词： 近场地震； 水平反映谱； 竖向反应谱
THE NEAR － FIELD SEISMIC VERTICAL AND HORIZONTAL RESPONSE SPECTRA AND DESIGN SPECTRA
Yin Jiang1 Hu Qigao2 Li Peng3 （ 1． College of Civil Engineering and Mechanics，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China；
工业建筑 201ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 年第 43 卷第 3 期 57
全部近场 地 震 记 录 的 场 地 平 均 断 层 距 为 4. 2 km。 震记录的速 度 时 程 中 均 包 含 一 个 或 多 个 长 周 期 脉 作为近场地震动的 典 型 特 征 之 一，本 次 所 选 近 场 地 冲，见图 1、图 2。
地震工程的传统观点认为竖向地震作用对结构 的影响远 小 于 水 平 地 震 作 用，基 本 可 以 忽 略 不 计。 但由图 3 的计算结果可知，就本文所选 30 组近场地 震记录而言，其竖向 加 速 度 均 值 谱 的 最 大 值 和 水 平 均值谱的 最 大 值 相 比 不 但 未 减 小，反 而 略 有 提 高。 另外，加速度均值谱在两个 方 向 （ 竖 向 和 水 平 ） 上 的 谱形也有所差异，其 总 体 趋 势 为 竖 向 均 值 谱 在 短 周 期 段 高 于 水 平 均 值 谱 ，中 等 周 期 段 低 于 水 平 均 值 谱 ， 长周期段则与水平均值谱基本持平。上述分析表 明 ，与 远 场 地 震 不 同 ，近 场 地 震 的 确 具 有 显 著 的 竖 向 效应，其对结构的 影 响 不 容 忽 略。 目 前 我 国 抗 震 规 范在某种程度上低 估 了 近 场 地 震 的 竖 向 效 应，其 计 算竖向地震作用的简化方法对位于近场条件下的结 构是否合适有待进一步研究。
1 近场地震记录的选择 本文所选 全 部 近 场 地 震 记 录 均 来 自 地 表 以 下
30 m 平均 剪 切 波 速 250 m / s ≤ VS30 ≤550 m / s 的 场 地，大致 与 我 国 规 范 定 义 的 Ⅱ 类 场 地 等 效，见 表 1。
* 长沙市科 技 局 计 划 项 目 （ K1109018 － 11 ） ； 湖 南 省 科 技 计 划 项 目 （ S2012F1023 ） ； 中南林业科技大学博士后基金项目。 第一作者： 尹犟，男，1975 年出生，博士，讲师。 电子信箱： yinjiang2001@ yahoo． com． cn。 收稿日期： 2012 － 09 － 02
7. 60
4
水平
0. 202
22. 67
17. 55
7. 98
竖向
0. 178
36. 81
25. 55
集集台湾，1999 /09 /25
6. 30
2
水平
0. 462
35. 01
5. 53
2. 86
竖向
0. 397
15. 64
3. 72
洛马普列塔，美国，1989 /10 /18
6. 90
4
水平
0. 537
竖向
0. 377
13. 69
3. 10
北棕榈泉，美国加州，1986 /07 /08
6. 00
3
水平
0. 349
23. 50
5. 02
3. 47
竖向
0. 410
10. 47
1. 16
惠蒂尔湾，美国加州，1987 /10 /01
6. 00
6
水平
0. 248
14. 97
2. 43
3. 97
竖向
0. 207
5. 82
0. 51
圣萨尔瓦多，萨尔瓦多，1986 /10 /10
5. 80
1
水平
0. 612
65. 71
10. 20
3. 71
竖向
0. 480
12. 86
2. 37
注： 峰值地面加速度，峰值地面速度，峰值地面位移及断层距为一次地震不同站台所获各条近场记录的 特 征 参 数 统 计 均 值 ，限 于 篇 幅，表 1 未分别逐一列出获得各条近场地震记录的站台名称。
从现有的研究来 看［2］，谱 方 法 对 于 近 场 问 题 并 未 失 效 ，需 要 调 整 的 仅 仅 是 近 场 地 震 反 应 谱 的 谱 值 。 本文首先从美国太平洋地震工程研究中心的强震数 据库下载 30 组近场地震记录，采用各组记录中较大 的一条水平分量和竖向分量计算了 0 ～ 10 s 周期范