远场长周期地震动选取及界定

收稿日期：2020-05-08基金项目：国家自然科学基金资助项目（51408042），National Natural Science Foundation of China （51408042）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目（2018JM5114），Shaanxi Natural Science Foundation （2018JM5114）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（300102219212），Fundamental Research Funds for the Central Universities ，CHD （300102219212）作者简介：李宇（1982—），男，福建福州人，长安大学副教授，硕士生导师，博士后†通信联系人，E-mail ：************.cn*第48卷第5期2021年5月湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University （Natural Sciences ）Vol.48，No.5May.2021DOI ：10.16339/ki.hdxbzkb.2021.05.010文章编号：1674—2974（2021）05—0080—13长周期地震动的能量反应谱李宇1†，李琛2，赵福志1，李钊1（1.长安大学公路学院，陕西西安710064；2.长安大学建筑学院，陕西西安710064）摘要：选取139条长周期地震动记录作为输入，研究了恢复力模型参数（恢复力模型、刚度比η、阻尼比ξ、位移延性比μ）和地震动特性（周期T 、震级M W 、场地、PGA ）对长周期地震的输入能量谱S EI 、滞回耗能谱S EH 和阻尼耗能谱S ED 的影响.研究表明：1）恢复力模型对长周期（常规）地震能量谱的影响很大（小）；η对长周期和常规的地震动的能量谱的影响都很小；随着ξ增加，长周期（常规）地震的S EI 的长周期段谱值增大（减小）；随着μ增加，长周期（常规）地震的S EH 的峰值平台段延长（缩短）且峰值降低（增大）.2）M W 越大，结构损伤越大；场地土越软，能量谱值越大；若已知基准PGA ref 的能量谱，其他PGA oth 的能量谱可由（PGA oth /PGA ref ）2调整得到.基于以上的参数影响研究，采用三段式拟合函数，建立了长周期地震弹性输入能量设计谱，并拟合了μ和ξ对长周期地震能量谱的影响公式，进而得到长周期地震非弹性输入能量设计谱.关键词：长周期地震动；输入能量谱；滞回耗能谱；阻尼耗能谱；设计谱中图分类号：U448.27文献标志码：AEnergy Response Spectra of Long-period Ground MotionsLI Yu 1†，LI Chen 2，ZHAO Fuzhi 1，LI Zhao 1（1.School of Highway ，Chang ’an University ，Xi ’an 710064，China ；2.School of Architecture ，Chang ’an University ，Xi ’an 710064，China ）Abstract ：A total of 139long-period ground motion （GM ）records are selected to study the effects of the parame -ters of restoring force models （restoring force models,stiffness ratio η，damping ratio ξ，displacement ductility ratio μ）and GM characteristics （period T ，earthquake magnitude M W ，site ，PGA ）on the input energy spectra S EI ，hysteretic energy spectra S EH and damping energy spectra S ED of the long-period GMs.Therefore,it can be found that:1）there is a significant （slight ）influence of the restoring force model on the long-period (conventional)seismic energy spectra,while there is a slight influence of the restoring force model on the conventional one;there is a slight influence of ηon the long-period and conventional seismic energy spectra;with the increase of ξ，the spectral values in the long-period region of the long-period S EI increases,but for the conventional one it decreases;with the increase of μ，the peak plat -form and peak value of the long-period S EH is prolonged and decreases,but for the conventional one they are shortenedand increases ，respectively.2）the larger M W results in the greater structural damage ，while the softer site soil leads to the larger energy spectra value ；the seismic energy spectra with other PGA oth can be obtained by multiplying the known李宇等：长周期地震动的能量反应谱2003年，在日本十胜冲地震中，苫小牧地区（震中距约225km，PGA=89.2gal）的储油罐被破坏并引发火灾；北海道许多桥梁也发生破坏，如Rekifune Bridge跨中竖向位移达12cm.2011年，在东日本大地震中，东京都办公大楼（震中距约300km）地下3层的最大加速度仅为74gal，而顶部（48层）最大位移却达65cm；大阪府办公大楼（震中距约700km）顶部（52层）最大加速度仅为131gal，而最大位移却达132cm.可见，长周期地震动（远场卓越周期偏大型地震动）对长周期结构有较大影响.此后，学者们开始真正地关注长周期地震，并研究了长周期地震作用下的超高层建筑结构[1-5]、基础隔震结构[6-7]、隔震桥梁[8]、钢筋混凝土框架[9-10]和风电机组[11]等长周期结构的地震响应.但是，上述研究仅停留在计算长周期结构地震响应的初步阶段，还未能在长周期地震作用下进行长周期结构的抗震设计.究其原因，主要是由于缺乏抗震设计用的长周期地震反应谱.目前，反应谱法仍是世界各国抗震规范中最主要的抗震设计方法，而反应谱则是该法的基础.随着长周期结构的日益增多，我国《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）[12]、《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111—2006）[13]和《公路桥梁抗震设计规范》（JTGT 2231-01—2020）[14]分别将反应谱延伸至6s、5T g和10s，但仍未能满足工程应用要求，而且反应谱下降段也与实际长周期反应谱的特征不符（即特征周期T g偏小、下降形式单一和幅值偏小）[15].因此，有必要针对长周期反应谱开展专门研究.由于传统地震仪的缺陷和大震级地震发生的概率较小，记录到的长周期地震动时程并不多[15].因此，针对长周期地震动反应谱的研究还很少：张亮泉等[15]、李宇等[16]、Zhou等[17]对长周期地震的弹性、弹塑性加速度和位移反应谱等进行了初步探索；陈清军等[18]则选取了36条长周期地震动记录，对长周期地震的能量谱进行了研究.但是，由于他们所依据的长周期地震动记录的数量太少，所得研究结果不具有统计意义，而且也没有详细讨论长周期地震的非弹性能量反应谱.因此，本文通过对比长周期和常规地震动的特性，选取139条长周期地震动记录作为输入，以期建立长周期地震动的弹性和非弹性输入能量设计谱.1长周期地震动的特征长周期地震动（台湾集集地震的TCU018和TCU094）和常规地震动（El Centro波和天津波）的加速度时程（t为时间，a为加速度）如图1所示.通过傅里叶变换，可得其傅里叶幅值谱（如图2所示，f为频率，B为幅值），可知：常规地震动的卓越频率分布较宽，且集中在高频（1~5Hz）；而长周期地震动的卓越频率分布较窄，且集中在低频（0.1~1.0Hz）.将4条地震动按同一PGA调幅后，对比它们的弹性加速度和位移反应谱（S at为加速度谱值，D为位移谱值，T为周期），从图3可知：在长周期段，长周期地震动的谱值要远大于常规地震动，即长周期地震动对长周期结构（如大跨桥梁、超高层建筑）的影响很大.TCU018 604020-20-40-6001020304050607080t/s0102030405060708090TCU094 806040200-20-40-60-80t/s（a）长周期地震动———TCU018和TCU094seismic energy spectra with the reference PGA ref by the equation of（PGA oth/PGA ref）2.Then，based on the above para-metric studies，the elastic long-period input energy design spectra are established by using a three-segment fitting function,and the influence formulas ofμandξon the long-period spectra are fitted.And then the inelastic long-peri-od input energy design spectra are obtained.Key words：long-period ground motions（GM）；input energy spectra；hysteretic energy spectra；damping energy spectra；design spectra第5期81036912151821242730El Centro4003002001000-100-200-300t /s2468101214161820Tianjin （NS ）200150100500-50-100-150-200t /s（b ）常规地震动———El Centro 波和天津波图1典型的长周期和常规地震动Fig.1Typical long-period and conventional ground motionsTCU018160140120100806040200160140120100806040200012345678910012345678910TCU094f /Hzf /Hz（a ）长周期地震动———TCU018和TCU094012345678910012345678910300250200150100500E1Centro140120100806040200Tianjin （NS ）f /Hzf /Hz（b ）常规地震动———El Centro 波和天津波图2长周期和常规地震动的频率对比Fig.2Comparison of the frequency of the long-periodand conventional ground motions160140120100806040200012345678910012345678910450400350300250200150100500（a ）弹性加速度反应谱（b ）弹性位移反应谱图3长周期和常规地震动的反应谱对比Fig.3Comparison of the response spectra of the long-period and conventional ground motions2长周期地震动的选取根据长周期地震动记录的挑选标准[16-19]：震中距较大；卓越频率分布较窄，且集中在0.1~1.0Hz 的低频段；弹性加速度反应谱的峰值在中长周期段.从PEER 、K-NET 和KIK-NET 中挑选了139条长周期地震动记录（6级以上），并采用地震动数据处理软件SeismoSignal 进行了滤波处理与基线校正，进而计算相关地震动参数.根据文献[20]：美国抗震设计规范的v s30（覆盖层厚度为30m 的剪切波速）≥510m/s 、260m/s ≤v s30<510m/s 、150m/s ≤v s30<260m/s 、v s30<150m/s 的场地分别对应中国抗震设计规范[12-14]的场地Site Ⅰ~Ⅳ.因此，可将139条长周期地震动记录按中国抗震设计规范[12-14]的场地标准进行分类，见表1：Site Ⅰ有38条，Site Ⅱ有40条，Site Ⅲ有41条，Site Ⅳ有20条.再以139条长周期地震动记录作为激励，计算Ⅰ~Ⅳ类场地的动力放大系数β（阻尼比ξ=5%，周期为T ），并与规范[14]的β曲线进行对比（见图4），从中可知：统计所得的β曲线与规范值符合较好.可见，本文所选用的长周期地震动记录符合规范要求.0.40.81.21.62.03.02.52.01.51.00.50ξ=5%T /s图4β的对比Fig.4Comparison of β2非弹性地震能量谱的基本原理在地面运动加速度x g 作用下，非弹性单自由度（SDOF ）体系运动方程为[21]：mx （t ）+cx （t ）+f s （x ，x ）=-mx g （t ）.（1）式中：x （t ）、x （t ）、x （t ）分别为相对位移、相对速度、相对加速度；m 为质量；c 为阻尼系数；f s 为非线性恢复力.将式（1）对x （t ）积分，则[22]：∫mxx d t +∫cx 2d t +∫f sx d t =-∫mx gx d t.（2）E K +E D +E S +E H =E I .（3）湖南大学学报（自然科学版）2021年82表1选取的长周期地震动记录Tab.1Selected long-period ground motion recordsNo.地震记录震级断层距/km PGA/（cm ·s -2）No.地震记录震级断层距/km PGA/（cm ·s -2）No.地震记录震级断层距/km PGA/（cm ·s -2）I-1NHO2707.28131.9224.7Ⅱ-10CHB002EW 6.80206.45 6.9Ⅲ-16AOM021NS 6.90159.2214.9I-2KAU0577.62113.5415.8Ⅱ-11CHB010EW 6.80251.993.8Ⅲ-17NIG013EW 6.90202.017.9I-3TCU0037.6286.5750.8Ⅱ-12SIT009NS6.80175.576.4Ⅲ-18CAL3607.2055.0166.6I-4TCU0067.6272.5259.2Ⅱ-13SIT013NS6.80185.46 4.8Ⅲ-19chnua3703978.00152.0054.7I-5TCU0187.6266.2555.5Ⅱ-14SITH04EW6.80188.085.0Ⅲ-20AKT0051103111451EW 6.80243.005.7I-6TCU0487.6213.53175.7Ⅱ-15SITH04NS6.80188.084.8Ⅲ-21AKT0051103111451NS6.80243.003.2I-7TCU0877.626.98111.6Ⅱ-16TKY006NS 6.80196.655.3Ⅲ-22AKT0091103111451EW 6.80305.002.7I-8TCU0947.6254.5070.8Ⅱ-17TKY007EW 6.80203.085.5Ⅲ-23AOMH101103111451NS26.80305.001.6I-9TCU1007.6211.37111.2Ⅱ-18TKY007NS 6.80203.086.4Ⅲ-24CHB0111103111451NS6.80486.0010.1I-10TCU1287.6213.13141.2Ⅱ-19TKY022NS 6.80210.359.2Ⅲ-25CHB0131103111451EW 6.80503.007.1I-11TCU0066.20121.03 4.6Ⅱ-20TKYH11NS 6.80218.797.4Ⅲ-26HKD0590309260450NS 8.00254.0058.7I-12KAU003 6.20116.1810.2Ⅱ-21FKS021EW 6.90155.799.8Ⅲ-27HKD1051103111446NS 9.00491.0017.2I-13TTN036 6.2084.2611.3Ⅱ-22FKS021NS6.90155.797.1Ⅲ-28HKD1180309260450NS8.00239.0024.8I-14GIFH226.80222.22 1.1Ⅱ-23NIG024EW6.90278.482.0III-29HKD1790309260450NS 8.00537.0038.6I-15MYGH03 6.80296.120.4Ⅱ-24TCG005EW 6.90239.0212.1Ⅲ-30HKD1790309260450EW 8.00537.0038.6I-16YMNH096.80208.45 1.3Ⅱ-25FKOH02EW 6.61306.97 2.5Ⅲ-31HKD1791103111446EW 9.00580.0011.7I-17NIG023EW6.90274.99 1.4Ⅱ-26SITH04EW 6.63167.587.4Ⅲ-32HKD1791103111446NS 9.00580.0012.8I-18NIG023NS6.90274.99 2.0Ⅱ-27YMT002EW 6.63193.27 5.3Ⅲ-33HKD1821103111446EW 9.00554.0013.7I-19NIGH12NS 6.90238.571.8Ⅱ-28KHZNS7.00158.77 4.4Ⅲ-34HKD1821103111446NS9.00554.0015.9I-20TCGH09EW 6.90236.12 3.1Ⅱ-29KIKSS25E7.00164.9310.3Ⅲ-35NIGH0511********EW19.00315.0018.4I-21TCGH17EW 6.90228.660.9Ⅱ-30CIADOHNN 7.20262.077.2Ⅲ-36NIGH0511********EW29.00315.0037.4I-22TCGH17NS 6.90228.660.8Ⅱ-31CIDLAHNN 7.20254.8716.5Ⅲ-37NIGH0511********NS19.00315.0018.7I-23YMTH05EW 6.90127.037.0Ⅱ-32CILAFHNE 7.20274.899.4Ⅲ-38NIGH0511********NS29.00315.0032.9I-24FKO010NS6.61318.71 2.7Ⅱ-33CILFPHNE7.20312.985.0Ⅲ-39HKD1220309260450EW 8.00246.0042.9I-25FKOH01NS 6.61265.74 6.0Ⅱ-34CILGBHNE7.20266.5010.9Ⅲ-40HKD1780309260450EW 8.00275.0040.2I-26FKOH09NS6.61302.18 5.0Ⅱ-35CILGBHNN7.20266.509.3Ⅲ-41HKD1780309260450NS8.00275.0035.2I-27KMMH02EW 6.61313.70 2.6Ⅱ-36CIRVRHNE 7.20211.71 3.9Ⅳ-1IKRH020*********EW28.00255.0064.1I-28KOCH04EW 6.61263.84 1.3Ⅱ-37CISMSHNN 7.20292.93 6.9Ⅳ-2IKRH020*********NS18.00255.0026.1I-29MIEH07NS 6.61323.51 1.2Ⅱ-38HKD058038.00249.0029.4Ⅳ-3IKRH020*********NS16.80255.0097.2I-30OITH05NS6.61281.771.7Ⅱ-39HKD123038.00217.0028.7Ⅳ-4IKRH020*********EW27.901051.00 1.2I-31OSKH02EW 6.61184.4017.4Ⅱ-40HKD129038.00225.0061.2Ⅳ-5IKRH021*********EW19.00577.009.6I-32YMGH01NS 6.61210.865.9Ⅲ-1CHY002NS7.6224.96134.7Ⅳ-6IKRH021*********NS29.00577.0010.4I-33YMGH06NS 6.61234.49 4.5Ⅲ-2CHY002EW 7.6224.96108.3Ⅳ-7IKRH021*********EW29.00577.0017.9I-34YMGH12EW 6.61216.554.9Ⅲ-3CHY017NS7.6259.0954.1Ⅳ-8IKRH020*********EW18.00255.0027.9I-35YMGH12NS 6.61216.555.1Ⅲ-4CHY026EW 7.6229.5276.2Ⅳ-9NIG0141107100957EW7.30403.002.7I-36MYGH03NS 6.63289.580.7Ⅲ-5CHY026NS7.6229.5265.9Ⅳ-10NIG0100305261824EW 7.00392.00 4.8I-37SZOH36EW 6.63260.290.8Ⅲ-6CHY027EW 7.6241.9954.9Ⅳ-11NIG0101103111446NS9.00276.0026.4I-38NGNH2807.00392.001.1Ⅲ-7CHY093EW 7.6249.8252.8Ⅳ-121999Chi-ChiILA004NS 7.6285.2162.7Ⅱ-1OBR0007.28151.7041.7Ⅲ-8CHY116NS7.6281.3150.9Ⅳ-131999Chi-ChiILA004EW 7.6285.2171.7Ⅱ-2CHY092NS 7.6222.6982.8Ⅲ-9ILA041NS7.6287.9762.0Ⅳ-14TKCH060309260450EW18.00149.0064.0Ⅱ-3CHY092EW 7.6222.69101.3Ⅲ-10ILA048NS 7.6288.9575.2Ⅳ-15TYM0051103111446NS 9.00532.0025.8Ⅱ-4ILA055NS7.6290.3068.1Ⅲ-11TCU115EW 7.6221.7694.4Ⅳ-16TYM0051411222208NS6.7073.007.8Ⅱ-5ILA055EW7.6290.3074.6Ⅲ-12TCU115NS7.6221.76115.3Ⅳ-17TYM0051411222208EW 6.7073.008.1Ⅱ-6TCU008EW 7.6285.0966.6Ⅲ-13TCU115NS6.2035.2138.8Ⅳ-18YMT0011103111446NS 9.00281.0037.4Ⅱ-7TCU081EW7.6255.4876.8Ⅲ-14CHY093EW 6.2063.8714.7Ⅳ-19YMT0011103111515NS7.70295.008.7Ⅱ-8TCU104NS7.6212.8786.9Ⅲ-15CHBH10NS 6.80246.575.1Ⅳ-20YMT0011407120422NS 7.00302.002.4Ⅱ-9B6M0907.1389.6741.8李宇等：长周期地震动的能量反应谱第5期83E K =相对动能=∫mxx d t =12mx 2，E D =阻尼耗能=∫cx 2d t ，E S=弹性势能=∫k 1xx d t ，E H =滞回耗能=∫f s x d t -∫k 1xx d t ，E I=相对输入能=-∫mx gx d t .⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐（4）式中：k 1为恢复力模型初始刚度.再定义滞回耗能比λH 和阻尼耗能比λD ，以评价系统的滞回耗能能力和阻尼耗能能力，即：λH =E H /E I ，λD =E D /E I .（5）在地震作用下，计算具有不同周期T 、阻尼比ξ和位移延性比μ的非弹性SDOF 体系的各类能量响应的最大值，进而绘制输入能量谱S EI 、滞回耗能谱S EH 、阻尼耗能谱S ED 、滞回耗能比谱S λH 、阻尼耗能比谱S λD [18].则对于单位质量（m =1）的非弹性SDOF 体系，有：S EI （T ，μ，ξ）=E Imax=-∫x g x d t max，S EH （T ，μ，ξ）=E Hmax =∫f sx d t -∫k 1xx d t max，S ED （T ，μ，ξ）=E Dmax=∫cx 2d t max，S λH （T ，μ，ξ）=S EH S EI ，S λD （T ，μ，ξ）=S ED S EI.⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐（6）注意：当非弹性SDOF 体系的m ≠1时，以上各能量谱值应乘以m 后，才能得到各类能量响应.下文将考虑周期（T =0.01~20s ）、恢复力模型、屈服后刚度比（η=k 1/k 2=0.0~0.05，k 2为二次刚度）、位移延性比（μ=x max /x y =l.0~5.0，x max 为最大位移，x y 为屈服位移）、阻尼比（ξ=2%~14%）、震级（M W ）、场地、地震峰值加速度（PGA ）的影响，利用BISPEC 程序，研究长周期地震的非弹性能量谱（S EI 、S EH 、S ED 、S λH 、S λD ）.3恢复力模型参数的影响3.1恢复力模型以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.15g ，采用考虑刚度退化的Takeda 模型和无刚度退化的双线性模型（图5），并取η=0.05、ξ=5%、μ=1.0~5.0，采用BISPEC 计算S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.F F yk uakuF yF k 2k（a ）无刚度退化的双线性模型（b ）Takeda 双线性刚度退化模型图5恢复力模型Fig.5Restoring force models从图6可知，当μ相同时：1）无刚度退化模型的能量谱峰值平台段要长于刚度退化模型的能量谱峰值平台段，而且无刚度退化模型的特征周期也要大于刚度退化模型的特征周期；2）在中短周期段，无刚度退化模型的能量谱值要小于刚度退化模型的能量谱值，而在中长周期段则反之.可见，相比于刚度退化模型，无刚度退化模型能量谱的峰值平台、特征周期和中长周期段谱值都要长或大，即采用无刚度退化模型的能量谱值对长周期结构进行抗震设计，会偏于保守.从图7可知，当μ相同时，在中短周期段，2种模型的S λH 和S λD 的谱值差距较大，但随着T 的增加，S λH 和S λD 的谱值逐渐趋于一致.可见，长周期结6.05.04.03.02.01.0002468101214PGA=0.15gη=0.05ξ=5%Site ⅡT /s（a ）地震输入能24681012144.03.53.02.52.01.51.00.50PGA=0.15gη=0.05ξ=5%Site ⅡT /s（b ）滞回耗能湖南大学学报（自然科学版）2021年8424681012143.02.52.01.51.00.50PGA=0.15g η=0.05ξ=5%Site ⅡT /s （c ）阻尼耗能图6恢复力模型对长周期地震能量反应谱的影响Fig.6Effect of restoring force models on the energy response spectra of the long-period ground motions10090807060504030208070605040302010024********024********PGA=0.15g η=0.05PGA=0.15gη=0.05ξ=5%Site Ⅱξ=5%Site Ⅱ双线性，μ=2双线性，μ=5Takeda ，μ=2Takeda ，μ=5双线性，μ=2双线性，μ=5Takeda ，μ=2Takeda ，μ=5T /sT /s （a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图7恢复力模型对S λH 和S λD 的影响Fig.7Effect of restoring force models on the S λH and S λD构的周期越长，恢复力模型对塑性铰滞回耗能能力和系统阻尼耗能能力的影响就越小.文献[23]研究了恢复力模型对常规地震能量谱的影响，与本文的研究结果对比后可知：1）恢复力模型对常规地震能量谱的影响随着μ的增加而减小，特别是当μ>5后，恢复力模型的影响可以忽略；但是，恢复力模型对长周期地震能量谱的影响则随着μ的增大而越加显著.2）不同恢复力模型对应的常规地震能量谱的峰值平台段的长度和位置没有太大区别；但是，相比于双线性模型，Takeda 模型的长周期地震能量谱的峰值平台段的长度更短而且更靠后（原点方向）.3.2屈服后刚度比以I 类场地为例，将38条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.15g ，采用Takeda 模型，取μ=1.0~5.0、ξ=5%，采用BISPEC 计算η=0、0.025、0.05的S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.从图8、图9可知：当μ相同时，η对S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的影响可以忽略，即在统计长周期地震能量反应谱时，可以不考虑η的影响.2468101214PGA=0.15g ξ=5%Site Ⅰ10.08.06.04.02.00η=0.000，μ=2.0η=0.025，μ=2.0η=0.050，μ=2.0η=0.000，μ=5.0η=0.025，μ=5.0η=0.050，μ=5.0T /s（a ）地震输入能24681012146.05.04.03.02.01.00PGA=0.15gξ=5%Site Ⅰη=0.000，μ=2.0η=0.025，μ=2.0η=0.050，μ=2.0η=0.000，μ=5.0η=0.025，μ=5.0η=0.050，μ=5.0T /s（b ）滞回耗能2468101214PGA=0.15gξ=5%Site Ⅰ3.63.02.41.81.20.60η=0.000，μ=2.0η=0.025，μ=2.0η=0.050，μ=2.0η=0.000，μ=5.0η=0.025，μ=5.0η=0.050，μ=5.0T /s（c ）阻尼耗能图8η对长周期地震能量反应谱的影响Fig.8Effect of ηon the energy response spectraof the long-period ground motions0246810121402468101214807060504030201004236302418126η=0.000，μ=2.0η=0.025，μ=2.0η=0.050，μ=2.0η=0.000，μ=5.0η=0.025，μ=5.0η=0.050，μ=5.0η=0.000，μ=2.0η=0.025，μ=2.0η=0.050，μ=2.0η=0.000，μ=5.0η=0.025，μ=5.0η=0.050，μ=5.0PGA=0.15gξ=5%Site Ⅰξ=5%Site ⅠPGA=0.15g T /sT /s（a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图9η对S λH 和S λD 的影响Fig.9Effect of ηon the S λH and S λD李宇等：长周期地震动的能量反应谱第5期85文献[24]研究了η对常规地震能量谱的影响，从中可知：η对常规地震的能量谱谱值的影响很小.这与η对长周期地震的能量谱的影响结论相同.可见，无论是何种类型的地震动，η对地震能量谱的影响都是可以忽略的.3.3阻尼比以I 类场地为例，将38条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.15g ，采用Takeda 模型，取η=0.05，μ=l.0~5.0，采用BISPEC 计算ξ=2%、5%、10%、14%时的S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.从图10、图11可知：随着ξ增大，S EI 峰值、S EH2468101214PGA=0.15gη=0.05Site Ⅰ8.47.26.04.83.62.41.20ξ=2%，μ=3ξ=5%，μ=3ξ=10%，μ=3ξ=14%，μ=3T /s （a ）地震输入能02468101214PGA=0.15gη=0.05Site Ⅰ7.06.05.04.03.02.01.00ξ=2%，μ=3ξ=5%，μ=3ξ=10%，μ=3ξ=14%，μ=3T /s （b ）滞回耗能2468101214PGA=0.15gη=0.05Site Ⅰ4.03.53.02.52.01.51.00.50ξ=2%，μ=3ξ=5%，μ=3ξ=10%，μ=3ξ=14%，μ=3T /s （b ）阻尼耗能图10ξ对长周期地震能量反应谱的影响Fig.10Effect of ξon the energy response spectraof the long-period ground motions02468101214024********PGA=0.15g η=0.05μ=3Site ⅠPGA=0.15g η=0.05μ=3Site Ⅰ90807060504030208070605040302010ξ=2%ξ=5%ξ=10%ξ=14%ξ=2%ξ=5%ξ=10%ξ=14%T /sT /s （a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图11ξ对S λH 和S λD 的影响Fig.11Effect of ξon the S λH and S λD和S λH 都逐渐减小，S EI 长周期段谱值、S ED 和S λD 都逐渐增大，而S EI 峰值平台长度和特征周期则变化较小.可见，ξ的增大，对S EI 有削峰作用，并会增大S EI 长周期段谱值，但不改变S EI 峰值平台长度和特征周期；另外，随着ξ增大，塑性铰的滞回耗能能力降低，而系统的阻尼耗能能力提高.文献[24]研究了ξ对常规地震能量谱的影响，与本文的研究结果对比后可知：ξ对常规地震和长周期地震的S EH 和S ED 影响相同（随着ξ增大，不同类型地震的S EH 减小而S ED 增大）；但是，ξ对不同类型地震的S EI 长周期段的影响则不同（随着ξ增大，常规地震的S EI 的长周期段的谱值减小，而长周期地震的S EI 的长周期段的谱值则增大）.3.4位移延性比以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.30g ，采用Takeda 模型，取η=0.05、ξ=5%，采用BISPEC 计算μ=1.0~5.0时的S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.从图12可知：随着μ的增大，S EI 和S ED 的峰值减小，S EH 峰值变化较小，S EI 和S EH 的峰值平台段增长，并往短周期方向移动，它们的特征周期也相应减小.可见，μ的增大，对S EI 和S ED 有削峰作用，并使S EI和S EH 的峰值平台段往短周期方向移动，并减小它们的特征周期.从图13可知，当其他条件相同时，在中短周期段，随着μ的增大，S λH 增大而S λD 则减小；但随着T 的增加，S λH 和S λD 的谱值逐渐趋于一致.可见，随着μ的增加，塑性铰的滞回耗能能力都提高，而系统的阻尼耗能能力则降低；另外，长周期结构的周期越长，μ对塑性铰滞回耗能能力和系统阻尼耗能能力的影响就越小.文献[24]研究了μ对常规地震能量谱的影响，与本文的研究结果对比后可知：μ对常规地震和长周期地震的S EI 和S ED 的影响规律相同（随着μ增大，S EI和S ED 都逐渐减小），但对与μ联系最紧密的S EH 的影响规律则不同（随着μ增大，常规地震的S EH 的峰值平台段后移（往原点方向））、平台段缩短、峰值增湖南大学学报（自然科学版）2021年86大，相反地，长周期地震的S EH 的峰值平台段后移、平台段延长、峰值降低）.2468101214PGA=0.30gη=0.05Site Ⅱξ=5%4035302520151050μ=1.0μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0T /s（a ）地震输入能2468101214PGA=0.30g η=0.05Site Ⅱξ=5%1614121086420μ=1.0μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0T /s（b ）滞回耗能2468101214PGA=0.30gη=0.05Site Ⅱξ=5%35302520151050μ=1.0μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0T /s（c ）阻尼耗能图12μ对长周期地震能量反应谱的影响Fig.12Effect of μon the energy response spectraof the long-period ground motions024********024********PGA=0.30g η=0.05Site Ⅱξ=5%PGA=0.30g9080706050403020101009080706050403020ξ=5%Site Ⅱη=0.05μ=1.0μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0μ=1.0μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0T /sT /s （a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图13μ对S λH 和S λD 的影响Fig.13Effect of μon the S λH and S λD4地震动特性的影响4.1震级保持139条长周期地震动记录的原始PGA 不变，并将它们按照M W =6.5~6.9、7.0~7.4和7.5~9.0分组.再采用Takeda 模型，取η=0.05、ξ=5%、μ=2.0，用BISPEC 计算S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的均值.从图14可知，随着M W 的增大，S EI 、S EH 、S ED 随之增大.这是因为M W 越大，地震释放的能量就越多，使得结构地震能量响应也越大.2468101214η=0.05ξ=5%μ=24.03.53.02.52.01.51.00.50M W =6.5~6.9，μ=2M W =7.0~7.4，μ=2M W =7.5~9.0，μ=2T /s（a ）地震输入能24681012141.51.20.90.60.30η=0.05ξ=5%μ=2M W =6.5~6.9，μ=2M W =7.0~7.4，μ=2M W =7.5~9.0，μ=2T /s（b ）滞回耗能24681012140.60.50.40.30.20.10η=0.05ξ=5%μ=2M W =6.5~6.9，μ=2M W =7.0~7.4，μ=2M W =7.5~9.0，μ=2T /s（c ）阻尼耗能图14M W 对长周期地震动能量反应谱的影响Fig.14Effect of M W on the energy response spectraof the long-period ground motions李宇等：长周期地震动的能量反应谱第5期87从图15可知：随着M W 的增大，S λH 减小而S λD 增大.可见，M W 越大，结构的损伤也就越大，塑性铰的滞回耗能能力下降，结构将主要依靠阻尼来消耗地震能量.024********024********7065605550454050454035302520M W =6.5~6.9M W =7.0~7.4M W =7.5~9.0M W =6.5~6.9M W =7.0~7.4M W =7.5~9.0η=0.05ξ=5%μ=2η=0.05ξ=5%μ=2T /sT /s （a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图15M W 对S λH 和S λD 的影响Fig.15Effect of M W on the S λH and S λD4.2场地将139条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.30g ，采用Takeda 模型，取η=0.05、ξ=5%、μ=3.0，采用BISPEC 计算I 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地的S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.从图16可知：随着场地土质的变软，S EI 、S EH 、S ED随之增大.这是因为场地土越软，场地与长周期地震动的卓越周期就越接近，进而导致结构地震能量响应的放大.从图17可知：随着场地土变软，S λH 减小而S λD增大.可见，场地土越软，塑性铰的滞回耗能能力就越低，而系统的阻尼耗能能力则提高.2468101214PGA=0.30gη=0.05ξ=5%μ=39.08.07.06.05.04.03.02.01.00Site ⅠSite ⅡSite ⅢSite ⅣT /s （a ）地震输入能02468101214PGA=0.30g η=0.05ξ=5%μ=36.05.04.03.02.01.00Site ⅠSite ⅡSite ⅢSite ⅣT /s （b ）滞回耗能2468101214Site ⅠSite ⅡSite ⅢSite ⅣPGA=0.30gη=0.05ξ=5%μ=33.53.02.52.01.51.00.50T /s（c ）阻尼耗能图16场地对长周期地震能量反应谱的影响Fig.16Effect of the site classification on the energy response spectra of the long-period ground motions024681012142468101214Site ⅠSite ⅡSite ⅢSite Ⅳ45403530252015908580757065605550PGA=0.30gη=0.05ξ=5%μ=3PGA=0.30g η=0.05ξ=5%μ=3Site ⅠSite ⅡSite ⅢSite ⅣT /sT /s（a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图17场地对S λH 和S λD 的影响Fig.17Effect of the site classification on the S λH and S λD4.3PGA以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 分别调幅为0.05g 、0.10g 、0.30g 和0.40g ，采用Takeda 模型，取η=0.05、ξ=5%、μ=1.0~5.0，采用BISPEC 计算S EI 、S EH 、S ED 、S λD 、S λH 的平均值.从图18、图19可知：随着PGA 的增大，S EI 、S EH 、S ED 随之增大；同一PGA 下，随着μ的增大，S EI 、S EH 、S ED 逐渐减小；若结构的μ相同，则可忽略PGA 对S λH和S λD 的影响；另外，若以0.10g 的S EI 为基准，则：S EI ，0.05g /S EI ，0.10g ≈（0.05g /0.10g ）2，S EI ，0.30g /S EI ，0.10g ≈（0.30g /0.10g ）2，S EI ，0.40g /S EI ，0.10g ≈（0.40g /0.10g ）2.（7）02468101214η=0.05ξ=5%Site Ⅱ4540353025201510500.05g ，μ=2.00.05g ，μ=5.00.10g ，μ=2.00.10g ，μ=5.00.30g ，μ=2.00.30g ，μ=5.00.40g ，μ=2.00.40g ，μ=5.0T /s（a ）地震输入能湖南大学学报（自然科学版）2021年8802468101214η=0.05ξ=5%Site Ⅱ27242118151296300.05g ，μ=2.00.05g ，μ=5.00.10g ，μ=2.00.10g ，μ=5.00.30g ，μ=2.00.30g ，μ=5.00.40g ，μ=2.00.40g ，μ=5.0T /s（b ）滞回耗能2468101214η=0.05ξ=5%Site Ⅱ181********.05g ，μ=2.00.05g ，μ=5.00.10g ，μ=2.00.10g ，μ=5.00.30g ，μ=2.00.30g ，μ=5.00.40g ，μ=2.00.40g ，μ=5.0T /s（c ）阻尼耗能图18PGA 对长周期地震能量反应谱的影响Fig.18Effect of the PGA on the energy responsespectra of the long-period ground motions024********024********8070605040304540353025200.05g ，μ=2.00.10g ，μ=2.00.30g ，μ=2.00.40g ，μ=2.00.05g ，μ=2.00.10g ，μ=2.00.30g ，μ=2.00.40g ，μ=2.0η=0.05Site Ⅱξ=5%η=0.05Site Ⅱξ=5%T /sT /s （a ）滞回耗能比（b ）阻尼耗能比图19PGA 对S λH 和S λD 的影响Fig.19Effect of the PGA on the S λH and S λD可见，若已知某基准PGA ref 下的S EI ，ref ，则其他PGA oth 下的S EI ，oth 可根据PGA oth 与PGA ref 比值的平方调整得到.5长周期地震输入能量设计谱5.1长周期地震弹性输入能量设计谱以139条长周期地震动记录作为输入，采用BISPEC 计算四类场地的长周期地震弹性输入能量谱S ′EI 的平均值NE 1（见图20，PGA ref =0.25g ，对于长周期结构取ξ=2%），再采用三段式拟合函数[18，25]和最小二乘法对NE 1进行拟合：NE I =T T 1NE I max ，0≤T <T 1；NE I max ，T 1≤T <T g ；T g T()rNEI max，T ≥T g .⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐（8）Δmin =ni =1∑（NE I -NE I ）2.（9）式中：NE I 为NE I 的拟合值，即下文的长周期地震弹性输入能量设计谱；NE I max 为NE I 的平台段峰值；T 1为峰值平台起始周期；T g 为峰值平台结束周期；r 为衰减指数；Δmin 为最小误差.在此基础上，可得四类场地NE I 的拟合参数（见表3），并绘制NE I （见图20），而其他PGA 下的NE I 可根据4.3节结论，由PGA oth 与PGA ref 比值的平方调整得到.表1NE I 的拟合参数Tab.1Fitted parameters of NE ISiteT 1/s T g /s rNE I max Ⅰ类 5.08.4 2.677.22Ⅱ类 5.18.8 3.1113.55Ⅲ类 4.87.9 2.4419.50Ⅳ类4.98.23.0021.84363024181260PGA=0.25gξ=2%0123456789101112131415NE I （Site Ⅰ）NE I （Site Ⅰ）NE I （Site Ⅱ）NE I （Site Ⅱ）NE I （Site Ⅲ）NE I （Site Ⅲ）NE I （Site Ⅳ）NE I （Site Ⅳ）T /s图20长周期地震弹性输入能量设计谱Fig.20Elastic long-period input energy design spectra5.2长周期地震非弹性输入能量设计谱5.2.1μ和ξ对非弹性输入能量谱形状的影响以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.25g ，采用Takeda 模型，并取η=0.05、ξ=2%，用BISPEC 计算μ=1.0~6.0的非弹性输入能量谱（S EI ，ξ=2%，μ）和弹性输入能量谱（S EI ，ξ=2%，μ=1）的比值R 1（见图21），对其拟合后得：李宇等：长周期地震动的能量反应谱第5期89PGA=0.25g η=0.05ξ=2%Site Ⅱ0123456789101112131415211815129630-3μ=1.0μ=1.25μ=1.5μ=2.0μ=3.0μ=4.0μ=5.0μ=6.0T /s图21μ对R 1的影响Fig.21Effect of μon R 1R 1=T b 1+T c 13.（10）a 1=-0.074μ2+0.8272μ-0.7048，b 1=0.0242μ2-0.2738μ+0.3626，c 1=0.1167μ2-1.4625μ+1.1508.⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐（11）以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.25g ，采用Takeda 模型，取η=0.05、μ=4.0，再用BISPEC 计算不同ξ的非弹性输入能量谱（S EI ，ξ，μ=4）和ξ=2%的非弹性输入能量谱（S EI ，ξ=2%，μ=4）的比值R 2（图22），对其拟合后得：PGA=0.25g η=0.05μ=4.0Site Ⅱ01234567891011121314152.72.42.11.81.51.20.90.6ξ=2%ξ=5%ξ=10%ξ=15%ξ=20%ξ=30%T /s图22ξ对R 2的影响Fig.22Effect of ξon R 2R 2=a 2T 4+b 2T 3+c 2T 2+d 2T +e 2.（12）a 2=-0.0007ξ2+0.0004ξ-0.000009，b 2=0.0264ξ2-0.0198ξ+0.0004，c 2=-0.2290ξ2+0.2592ξ-0.0061，d 2=-0.3231ξ2-0.4870ξ+0.0160，e 2=3.3197ξ2-1.8328ξ+1.0259.⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐⏐（13）同理，其他三类场地的R 1和R 2拟合公式也可用上述方法获得.可见，具有不同μ和ξ的长周期地震非弹性输入能量谱（S EI ，ξ，μ）与ξ=2%的长周期地震弹性输入能量谱（S EI ，ξ=2%，μ=1）之比K T ，ξ，μ为：K T ，ξ，μ=S EI ，ξ，μS EI ，ξ=2%，μ=1=R 1×R 2.（14）5.2.2μ和ξ对非弹性输入能量谱峰值的影响以Ⅱ类场地为例，将40条长周期地震动记录的PGA 调幅为0.25g ，采用Takeda 模型，取η=0.05，并用BISPEC 计算对应不同ξ和μ的非弹性输入能量谱峰值（S EI max ，ξ，μ）和ξ=2%的弹性输入能量谱峰值（S EI max ，ξ=2%，μ=1）的比值β.图23为β的均值加1倍方差的结果，对其拟合后得：β=S EI max ，ξ，μ/S EI max ，ξ=2%，μ=1=（0.169+0.121×μ-1.4403+0.031×ln ξ）×ξ-0.4718.（15）T /s图23μ和ξ对β的影响Fig.23Effect of μand ξon β同理，其他三类场地的β拟合公式也可用上述方法获得.5.2.3建立长周期地震非弹性输入能量设计谱对5.1节建立的长周期地震弹性输入能量设计谱（图20的NE I ）进行调整，以建立长周期地震非弹性输入能量设计谱（PE I ）.步骤如下：1）将NE Imax 乘以β，可得PE I 的平台峰值PE Imax ，即PE Imax =NE Imax ×β；2）将T g 代入式（14）可得K T ，ξ，μ，再定义谱值调整系数γ（式（16）），将NE I 的T >T g 段的谱值乘以γ后，可得到PE I 的T >T g 段的谱值.γ=K T ，ξ，μK T g ，ξ，μ.（16）3）其他PGA oth 下的NE I 可根据4.3节结论，由PGA oth 与PGA ref 比值的平方调整得到.在此基础上，以PGA =0.15g 、ξ=2%、μ=4.0为例，绘出四类场地的长周期地震非弹性输入能量设湖南大学学报（自然科学版）2021年90计谱PE I ，如图24所示.PGA=0.15gξ=2%0123456789101112131415109876543210PE I ，μ=4（Site Ⅰ）PE I ，μ=4（Site Ⅱ）PE I ，μ=4（Site Ⅲ）PE I ，μ=4（Site Ⅳ）T /s图24长周期地震非弹性输入能量设计谱Fig.24Inelastic long-period input energy design spectra6结论选取了139条长周期地震动记录作为输入，研究了恢复力模型动力参数和地震动特性对长周期地震能量反应谱的影响，得到以下结论：1）相比刚度退化模型，无刚度退化模型能量谱的峰值平台、特征周期和中长周期段谱值都要长或大；可以忽略η对长周期地震能量反应谱的影响；ξ对S EI 有削峰作用，会增大S EI 长周期段谱值，但不改变S EI 峰值平台长度和特征周期；μ对S EI 和S ED 有削峰作用，会减小S EI 和S EH 的特征周期；随着T 或μ的增大，各种因素对塑性铰滞回耗能能力和系统阻尼耗能能力的影响减小.2）与常规地震能量谱的研究结果对比可知：恢复力模型对常规地震能量谱的影响随着μ的增大而减小，但恢复力模型对长周期地震能量谱的影响则十分显著；无论是何种类型的地震动，η对地震能量谱的影响都可以忽略；ξ对常规地震和长周期地震的S EH 和S ED 影响相同，但是，随着ξ增大，常规地震的S EI 的长周期段谱值减小，而长周期地震的S EI 的长周期段谱值则增大；μ对常规地震和长周期地震的S EI和S ED 的影响相同，但是，随着μ增加，常规地震的S EH 的峰值平台段后移（往原点方向）、平台段缩短、峰值增大，而长周期地震的S EH 的峰值平台段后移、平台段延长、峰值降低.3）M W 越大，结构损伤也越大，使得塑性铰滞回耗能能力下降；场地越软，长周期地震能量谱值越大，塑性铰滞回耗能能力降低，而系统阻尼耗能能力则提高；若已知某基准PGA ref 下的能量谱，其他PGA oth 下的能量谱可根据PGA oth 与PGA ref 比值的平方调整得到.在此基础上，采用三段式拟合函数，建立了长周期地震弹性输入能量设计谱NE I ，并拟合了μ和ξ对长周期地震能量谱的影响公式，进而通过调整NE I 谱值，以得到长周期地震非弹性输入能量设计谱PE I ，可为长周期结构（如超高层建筑、大跨度桥梁）基于能量的抗震设计提供谱依据.参考文献［1］CHEN Q J ，YUAN W Z ，LI Y C ，et al .Dynamic response character -istics of super high-rise buildings subjected to long-period ground motions ［J ］.Journal of Central South University ，2013，20（5）：1341—1353.［2］ASAI T ，WATANABE Y.Outrigger tuned inertial mass electromag -netic transducers for high -rise buildings subject to long period earthquakes ［J ］.Engineering Structures ，2017，153：404—410.［3］HU R P ，XU Y L ，ZHAO X.Long-period ground motion simulationand its impact on seismic response of high-rise buildings ［J ］.Jour -nal of Earthquake Engineering ，2018，22（7）：1285—1315.［4］ZHOU Y ，PING T Y ，GONG S M ，et al .An improved defining pa -rameter for long-period ground motions with application of a super-tall building ［J ］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering ，2018，113：462—472.［5］姬淑艳，刘烁宇，李英民.远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性［J ］.建筑结构学报，2018，39（11）：1—10.JI S Y ，LIU S Y ，LI Y M.Response characteristics of super high-rise building subjected to far-field long-period ground motion ［J ］.Jour -nal of Building Structures ，2018，39（11）：1—10.（In Chinese ）［6］SHEKARI M R.A coupled BE-FE-BE study for investigating theeffect of earthquake frequency content and predominant period on seismic behavior of base-isolated concrete rectangular liquid tanks［J ］.Journal of Fluids and Structures ，2018，77：19—35.［7］MAZZA F.Seismic demand of base -isolated irregular structuressubjected to pulse-type earthquakes ［J ］.Soil Dynamics and Earth -quake Engineering ，2018，108：111—129.［8］ISMAIL M ，RODELLAR J ，CASAS J R.Seismic behavior of RNC-isolated bridges ：a comparative study under near -fault ，long -peri -od ，and pulse-like ground motions ［J ］.Advances in Materials Sci -ence and Engineering ，2016，2016：1—18.［9］MAZZA F.Nonlinear modeling and analysis of R.C.framed build -ings located in a near-fault area ［J ］.The Open Construction and Building Technology Journal ，2012，6（1）：346—354.［10］BAI Y T ，GUAN S Y ，LIN X C ，et al .Seismic collapse analysis ofhigh-rise reinforced concrete frames under long-period ground mo -tions ［J ］.Structural Design of Tall Buildings ，2019，28（1）：e1566.［11］HUO T ，TONG L W ，ZHANG Y F.Dynamic response analysis of李宇等：长周期地震动的能量反应谱第5期91。

基于汶川8.0级强震记录的近场地震动特征分析李英成;陈清军【摘要】In the Longmenshan fault zone and surrounding area, more than 50 stations of China Strong Motion Net Center ( CSMNC) got acceleration records, of which peak is bigger than 100gal in the 5. 12 Wenchuan earthquake. In this paper, thirty-three near-fault ground motions from eleven stations were selected. The seismic response spectrum analysis and energy distribution analysis based on orthogonal HHT method were adopted to study the vertical to horizontal acceleration peak ratio, acceleration response spectral ratio, energy time-frequency distribution and peak coefficient. The results were compared and analyzed to discuss the characteristics of near-fault Ground Motions of M8. 0 Wenchuan Earthquake.%在汶川8.0级大地震中,国家数字强震动台网布设在龙门山断裂带及其周围地区的50多个台站获得了大于100 Gal的加速度记录.选取其中断层附近11个台站的加速度记录,分别进行了地震反应谱分析和基于正交化HHT法的能量分布特征分析,通过对竖向与水平向加速度峰值比、竖向与水平向加速度反应谱比值,以及能量分布和峰值系数的分析与比较,探讨了汶川地震的近场地震动特征.【期刊名称】《灾害学》【年(卷),期】2012(027)001【总页数】6页(P17-22)【关键词】汶川8.0级强震记录;近场地震动特征;地震反应谱分析;正交化HHT法;能量分布【作者】李英成;陈清军【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】P315.9汶川8.0级地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震，地震的强度、烈度都超过了唐山大地震。

近场与远场长周期地震动对高层结构作用机理比较分析王博;代慧娟;吴涛;刘伯权【摘要】以远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动三类长周期地震动为研究对象,在分析长周期地震动最大瞬时输入能与SDOF体系最大位移响应相关性的基础上,提出瞬时输入能比的概念,对比分析探讨不同类型长周期地震动作用下结构的破坏模式;基于Hilbert-Huang变换,以某12层RC框架结构为例,分析长周期地震动作用下控制结构弹塑性地震响应的IMF分量,并对不同类型长周期地震动的瞬时能量曲线及累积能量曲线进行对比分析,在此基础上提出有效长周期地震动、有效峰值及能量梯度的概念,分别从频域与时域角度分析长周期地震动对高层结构的作用机理.结果表明:长周期地震动的有效峰值显著大于普通地震动,揭示了长周期地震动作用下高层结构的地震响应大于普通地震动的内在机理;能量梯度对比分析表明不同类型长周期地震动的能量释放特征差异显著,揭示了远场类谐和地震动的脉冲循环作用机理及近断层向前方向性地震动与近断层滑冲型地震动的脉冲冲击作用机理,其中,前者易使结构发生累积损伤破坏,后者易使结构发生首次超越破坏.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)012【总页数】8页(P123-130)【关键词】长周期地震动;高层结构;破坏模式;作用机理;弹塑性地震响应【作者】王博;代慧娟;吴涛;刘伯权【作者单位】长安大学建筑工程学院,西安710061;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;长安大学建筑工程学院,西安710061;长安大学建筑工程学院,西安710061【正文语种】中文【中图分类】TU973+.2结构地震破坏模式主要分为首次超越破坏与累积损伤破坏两种类型，且最大响应与累积耗能的破坏界限相互影响[1-2]。

文献[3]研究指出地震动最大瞬时输入能与结构最大位移响应具有较强的相关性，认为当最大瞬时输入能较小且总输入能较大时易发生累积损伤破坏；反之，易发生首次超越破坏。

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析
夏坤;张令心;董林
【期刊名称】《防灾减灾工程学报》
【年(卷),期】2018(38)1
【摘要】远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。

对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。

结果表明：远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5-2s 和3-6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1-4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。

规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。

【总页数】7页(P178-184)
【作者】夏坤;张令心;董林
【作者单位】中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室;中国地震局兰州地震研究所中国地震局黄土地震工程重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
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汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析杨伟林,朱升初,洪海春,陶小三,唐忠良(江苏省地震工程研究院,南京210014)摘要:汶川8.0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。

本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8.0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8.0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。

关键词:汶川8.0级地震;远场地震动特征;长周期结构;地震反应分析中图分类号:P315.9 文献标识码:A 文章编号:1672-2132(2009)04-0473-060　引言2008年5月12日,我国汶川发生8.0级大地震(震中:31.0°N,103.4°E)。

地震发生后,中国数字强震动台网东南强震动中心所属的252个台(点)数字强震仪中,有46台获取了主震记录,震中距达700～1800km,属于典型的大震、远震记录。

这些地震记录持续时间长,特别是在深厚软弱场地,最长的地震记录长度接近700s,而且地震动长周期分量极为丰富,对研究长周期结构的地震反应以及该类结构的地震安全对策十分有益。

本文利用江苏地区部分台站的数字地震动记录,研究了汶川地震的远场地震动特征,并通过长周期建筑结构的地震反应分析,分析了其对长周期结构的影响;同时,提出了一些长周期结构抗震及地震对策中值得注意的问题。

1　汶川地震的强震动影响范围及特点汶川大地震中,我国除吉林、黑龙江、新疆三省无震感报告外,包括台湾、香港、澳门在内的全国其余省份均有震感。

许多城市高层、超高层建筑里的人员地震时感到了强烈的晃动。

目前世界上最高的建筑物台湾台北101大厦因为汶川地震的影响发生晃动时,楼内人员纷纷惊慌逃离。

远场大震对深厚覆盖土层地基上超高层建筑物的影响分析陶磊;张俊发【摘要】建造在深厚覆盖土层上的超高层建筑往往受到远场大震的影响较大.为了探讨这一现象产生的原因,从远场地震记录特征及超高层建筑自身的动力特性进行了分析.通过汶川地震时西安远场记录,结合西安地区的地质构造情况,分析远场地震动特征,并对一幢超高层建筑进行远场地震反应分析,研究远场大震对这类长周期建筑物的影响.通过对地震记录的频谱分析可知:①远场地震具有相对较小的加速度峰值、超长的持时以及丰富的长周期成分;②远场地震动的卓越频率小于El Centro 记录,远场地震动优势频率段远小于El Centro记录.通过时程分析可知:在地震动峰值相似的情况下,远场地震对超高层建筑的动力响应远大于El Centro记录.深厚覆盖土层上超高层建筑自振周期较长,易与远场大震的长周期成分接近而发生共振,其响应与一般地震不同,进行抗震设计时,应对遭遇远场地震的情况予以重视.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2014(030)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】远场大震;超高层建筑物;地震反应分析;深厚覆盖土层【作者】陶磊;张俊发【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】P315.1;TU973+.17汶川地震中，中国数字强震动台网获得了19个省市的455个台站的主震加速度记录，极大丰富了我国的强震地震记录[1-3]。

距震中约600 km的陕西省西安市的几个台站，如：草滩、长安、西安台站也获取了此次地震动的主震记录(以下简称草滩记录、长安记录、西安记录)，属于典型的大震远场地震记录。

研究人员通过对以往的地震记录进行研究后发现[4-5]：大震远场地震记录的长周期成分明显要比小震近场的地震记录丰富，因此对长周期结构的影响也较大，造成的震害也比较严重。

中国地震活动特征与规律探析中国地处地震带，地震活动频繁。

本文旨在探讨中国地震活动的特征与规律，为地震预防和灾害减轻提供依据。

一、地震活动特征地震活动具有以下几个主要特征：1. 集中性：中国地震活动主要分布在某些特定区域，如川滇地区、青藏高原周边地区、台湾地区等。

这些地区是构造活跃带、断裂带等地震高风险区。

2. 频发性：中国大部分地区地震频发，尤其是在地震带上。

短期内可能发生多次震级较小的地震，这种频发性非常明显。

3. 线性：中国地震活动呈现出线性特征，即沿着地震带或断裂带连续排列。

这与中国处于亚欧板块碰撞带有关。

4. 不均衡性：中国地震活动在空间上存在明显的不均衡性。

一些地区长期没有发生较大地震，而另一些地区则频繁发生大地震。

二、地震活动规律中国地震活动遵循一定的规律，可以总结为以下几个方面：1. 构造影响：地震活动与地壳构造关系密切。

中国地震活动主要发生在构造复杂、断裂活跃的地带，如喜马拉雅山脉和青藏高原周边地区。

2. 地震带分布：中国地震活动呈现出明显的地震带分布特点。

沿着地震带，地震频繁发生。

例如，西南地区的滇池地震带、东北地区的长白山地震带等。

3. 地震周期：中国大陆地震周期比较长，平均为10-40年。

但也有一些地区，如四川盆地、新疆地区，地震周期相对较短。

4. 同震断层：同一地震带上的地震往往发生在同一条或相邻的断层上。

例如，四川汶川地震和雅安地震均发生在龙门山断裂带上。

5. 前兆活动：地震前兆活动往往与地震的发生有一定的关联。

例如，地震前的地下水位异常变化、地表变形等都可能是地震即将来临的信号。

三、地震活动的预测与监测地震的预测与监测是减轻地震灾害的重要手段。

中国地震局通过建立地震监测网络和地震预警系统，提高了地震的预测与监测能力。

地震的预测主要采用历史数据和地震监测数据进行分析，通过判断地震活动的特征、规律和趋势，预测未来地震的可能发生区域和震级范围。

同时，地震预警系统通过对地震波的传播速度和监测数据的实时分析，可以提前几秒到几十秒发出地震预警信号，给人们争取到逃生或采取措施的宝贵时间。

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长周期地震动的特性分析及界定方法研究
作者：李雪红王文科吴迪等
来源：《振动工程学报》2014年第05期
摘要：为了给长周期地震动的选取和评价提供依据及量化指标，利用HilbertHuang变换理论分析地震动能量特性，提出评价地震动周期特性的方法；并且对典型的常规地震动和近、远场长周期地震动的时域、频谱分布、地震动放大系数谱及周期特性进行了分析，得到了近远场长周期地震动的时频域特性及其与常规地震动的差异。

在此基础上，提出用β谱曲线2到10 s 谱值和周期的平方加权平均值βl作为长周期地震动的界定参数；根据178条近场地震动和151条远场地震动的βl值的统计分析结果提出：βl>0.4的地震动为长周期地震动，βl。