基于NGA-West2數(shù)據(jù)的場(chǎng)地系數(shù)研究.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，可以用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜來(lái)表達(dá)地震作用。一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)譜是根據(jù)地震區(qū)劃圖和場(chǎng)地條件確定的。隨著強(qiáng)地震動(dòng)記錄的積累，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)場(chǎng)地條件影響地震動(dòng)的認(rèn)識(shí)逐漸深化，有從根據(jù)場(chǎng)地條件調(diào)整烈度，進(jìn)而整體調(diào)整設(shè)計(jì)反應(yīng)譜高低，到僅調(diào)整反應(yīng)譜特征周期不調(diào)整短周期幅值高度，又同時(shí)調(diào)整短、長(zhǎng)周期幅值（相當(dāng)于也調(diào)整了特征周期）的發(fā)展過(guò)程。本文基于美國(guó)太平洋地震工程研究中心2013年發(fā)布的新一代地震動(dòng)衰減項(xiàng)目西部第二版強(qiáng)地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)（NGA-We

2、st2），研究場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)反應(yīng)譜的影響，統(tǒng)計(jì)分析并提出抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定場(chǎng)地系數(shù)的初步方案。
　　NGA-West2數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)量上大大增加，覆蓋的范圍也有所擴(kuò)大。本文從NGA-West2數(shù)據(jù)庫(kù)的607次地震21539組地震動(dòng)記錄中選取了震級(jí)在4級(jí)及以上的、峰值加速度（PGA）值20gal及以上的，在1509個(gè)臺(tái)站記錄的238次地震的4435組數(shù)據(jù)，包括一一對(duì)應(yīng)的水平（平均）地震動(dòng)記錄4435條，豎向地震動(dòng)記錄4435條；相應(yīng)的

3、最大矩震級(jí)7.9，最小矩震級(jí)4.2，震級(jí)在4.7~7.5之間分布比較均勻；最大震中距1162.50km，最小震中距0.44km，中小地震對(duì)應(yīng)的距離多在幾千米至幾十千米之間，大地震對(duì)應(yīng)的在幾十千米至二、三百千米之間；其中 C、D兩類(lèi)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)多，共占總數(shù)的95％；A類(lèi)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)只有6組，與 B類(lèi)場(chǎng)地的一起占總數(shù)的2%；E類(lèi)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)占到3%。
　　NGA-West2數(shù)據(jù)庫(kù)給出了每個(gè)臺(tái)站的美國(guó)規(guī)范下的場(chǎng)地分類(lèi)，主要依據(jù)表層30米深度內(nèi)

4、的平均剪切波速度 Vs30，而我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用的場(chǎng)地分類(lèi)大多是依據(jù)Vs20和覆蓋層厚度兩個(gè)參數(shù)確定。為借助NGA-West2數(shù)據(jù)得到適用我國(guó)抗震設(shè)計(jì)的場(chǎng)地系數(shù)，本文分析、比較了中美場(chǎng)地類(lèi)別劃分方法，借助兩個(gè)參考文獻(xiàn)發(fā)表的根據(jù)實(shí)測(cè)剪切波速度數(shù)據(jù)評(píng)判的366個(gè)場(chǎng)地的兩種場(chǎng)地類(lèi)別，歸納了美國(guó) A~F六個(gè)類(lèi)別與中國(guó) I~IV四個(gè)類(lèi)別之間的大體對(duì)應(yīng)關(guān)系。A、B類(lèi)場(chǎng)地對(duì)應(yīng) I類(lèi)場(chǎng)地，C類(lèi)場(chǎng)地對(duì)應(yīng) I、II類(lèi)場(chǎng)地，D類(lèi)場(chǎng)地總體上對(duì)應(yīng)II、III類(lèi)

5、場(chǎng)地，E、F類(lèi)場(chǎng)地對(duì)應(yīng) IV類(lèi)場(chǎng)地。借助經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系逐段折算我國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)中相應(yīng)的Vs30界限值，提出了替換NGA-West2數(shù)據(jù)庫(kù)中的場(chǎng)地類(lèi)別為我國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)的I、II、III和IV類(lèi)的方案。
　　本文通過(guò)分組不當(dāng)導(dǎo)致問(wèn)題的例子，強(qiáng)調(diào)了分組的重要性，指出場(chǎng)地系數(shù)研究的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)分組。為提高分組的細(xì)致程度和可靠性，本文改進(jìn)了依據(jù)震級(jí)-距離分組的方案，給定5個(gè)水平向 PGA分組的界限值和震級(jí)分組界限值，借助與本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相同的NGA-We

6、st2地震動(dòng)衰減關(guān)系CB13計(jì)算得到各分組界限值對(duì)應(yīng)的一系列震級(jí) M和距離 R，并將該數(shù)據(jù)對(duì)繪制在M-R平面內(nèi)，對(duì)各區(qū)間進(jìn)行簡(jiǎn)化和平滑處理，歸納成本文的地震動(dòng)數(shù)據(jù)分組方案。
　　對(duì)每一個(gè)分組，計(jì)算全部水平向地震動(dòng)反應(yīng)譜的平均譜，按抗震設(shè)計(jì)規(guī)范給定的形式標(biāo)準(zhǔn)化，提取最大值和特征周期兩個(gè)參數(shù)；對(duì)每一場(chǎng)地類(lèi)別，取6個(gè)地震動(dòng)分組的平均譜聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)化，提取兩個(gè)反應(yīng)譜參數(shù)，或給定特征周期提取最大值；對(duì)每一個(gè)A分組，取四個(gè)場(chǎng)地類(lèi)別的平均譜聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)

7、化，提取提取最大值和特征周期兩個(gè)參數(shù)，或參照我國(guó)建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范給定特征周期提取最大值。以每一A分組四個(gè)場(chǎng)地類(lèi)別的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜最大值與 II類(lèi)場(chǎng)地相應(yīng)數(shù)值相比，得到場(chǎng)地系數(shù)估計(jì)值，歸納各類(lèi)場(chǎng)地直接統(tǒng)計(jì)獲取的標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜最大值之間的關(guān)系，進(jìn)一步歸納提出水平向場(chǎng)地系數(shù)建議方案。按照同樣的程序，計(jì)算了各分組豎向地震動(dòng)平均譜，標(biāo)準(zhǔn)化得到相應(yīng)的最大值和特征周期，與 II類(lèi)場(chǎng)地水平向相應(yīng)數(shù)值相比，歸納提出了豎向場(chǎng)地系數(shù)建議方案。
　　在同一個(gè)