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工学博士学位论文
强地震动场估计中若干问题的研究
博士研究生:孙晓丹
导师:陶夏新教授
申请学位:工学博士
学科:防灾减灾工程与防护工程
所在单位:土木工程学院
答辩日期:2010 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
SOME ISSUES ON ESTIMATION OF STRONG
GROUND MOTION FIELD
Candidate: Sun Xiaodan
Supervisor: Professor Tao Xiaxin
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Disaster Prevention and Reduction
Engineering and Protective Engineering
Affiliation: School of Civil Engineering
Date of Defense: June , 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
在大跨桥梁、长距离管线、大坝等长大空间建、构筑物的地震反应分析
中,各输入点地震动之间的变化会产生重要影响,采用非一致的地震动输入,
得到的结构内力比一致输入的有明显差别。需要考虑地震动的空间变化,采用
多点激励,表达地震波到达各墩底的时间不同、各点所受到的激励之间并不完
全相干、不同地点地震动振幅和频率成分的差别。统计结果表明,在几百米间
距的尺度上,地表地震动的相关性与距离的大小和地震动的频率范围密切相
关。在低于某一频率的范围内,相邻点地震动是完全相关的,可用确定性的波
动理论来解释;在高于此频率的范围,相邻点的地震动是不完全相关的,显示
出较高的随机性。从本质上讲,这个空间尺度上地震动相互间的相关性是由各
点的地震动来源于同一个震源和十分相近的传播途径决定的。近场的地震动受
震源的影响尤为显著,震源的埋深、尺寸、方位、运动类型和破裂过程,都强
烈地影响近场地震动的特点和空间的分布。
本文在我国近场地震动场估计最新进展的基础上继续推进,在四个环节上
进一步改进,为发展一套大跨工程结构抗震分析的多点地震动输入方法,提供
技术支撑。
首先,指出了尽可能与地震活断层探查成果、区域地震学和地球物理学成
果密切结合,确定震源模型中全局、局部参数的重要性。强调发震断层位置、
产状和埋藏深度务必要由探查的结果确定;破裂长度、宽度和面积的确定,要
充分重视区域观测数据的作用,即便不能直接观测到破裂面的参数,也应参考
其他数据间接推测;凹凸体位置和尺寸的判断可以参考断裂分段资料。通过一
工程实例,具体阐述了用截断正态分布将两类震源参数估计方法结合起来,同
时表达不确定性的思路和技术方法。提出了利用试算点地震动反应谱与相应平
均反应谱的残差,选择表达“平均”特征的震源模型的方法,以避免对地震动
场空间特征表达的干扰。
接着,对点源引起的高频地震动的随机合成方法进行了研究,并从震源幅
值谱和相位谱两方面进行了改进:
对震源幅值谱模型的改进体现在两方面,其一是建立了 Masuda 震源谱模
型中频率项指数与破裂面积的关系,同时保持两个频率项指数之积为 ,比
较好地表达了拐角频率随破裂面扩展而逐步降低的趋势,克服了合成地震动对
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
子源尺寸的依赖性;其二,为体现凹凸体是高频地震波的主要散射源,用子源
地震矩与平均地震矩之比,进一步调整基于整个地震矩推算的拐角频率,同时
将标度因子与错动量的不均匀分布联系起来。既保证了合成地震动幅值及远场
辐射能量不受子源尺寸的影响,又对地震动估计的精度有所改善。最后借助北
岭地震的实测数据,对两种改进效果进行了验证。
对相位谱的改进体现在,强调一个点源引起地震动的相位谱应该与地壳速
度结构、介质参数,尤其是场地与源点的几何关系密切相关,努力在随机合成
中减少随机性。提出了将无限