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

1、工程結(jié)構(gòu)抗震設計中，可以用設計反應譜來表達地震作用。一般來說，反應譜是根據(jù)地震區(qū)劃圖和場地條件確定的。隨著強地震動記錄的積累，國內(nèi)外學者對場地條件影響地震動的認識逐漸深化，有從根據(jù)場地條件調(diào)整烈度，進而整體調(diào)整設計反應譜高低，到僅調(diào)整反應譜特征周期不調(diào)整短周期幅值高度，又同時調(diào)整短、長周期幅值（相當于也調(diào)整了特征周期）的發(fā)展過程。本文基于美國太平洋地震工程研究中心2013年發(fā)布的新一代地震動衰減項目西部第二版強地震動數(shù)據(jù)庫（NGA-We

2、st2），研究場地條件對地震動反應譜的影響，統(tǒng)計分析并提出抗震設計規(guī)范中規(guī)定場地系數(shù)的初步方案。
　　NGA-West2數(shù)據(jù)庫在數(shù)量上大大增加，覆蓋的范圍也有所擴大。本文從NGA-West2數(shù)據(jù)庫的607次地震21539組地震動記錄中選取了震級在4級及以上的、峰值加速度（PGA）值20gal及以上的，在1509個臺站記錄的238次地震的4435組數(shù)據(jù)，包括一一對應的水平（平均）地震動記錄4435條，豎向地震動記錄4435條；相應的

3、最大矩震級7.9，最小矩震級4.2，震級在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，中小地震對應的距離多在幾千米至幾十千米之間，大地震對應的在幾十千米至二、三百千米之間；其中 C、D兩類場地的數(shù)據(jù)多，共占總數(shù)的95％；A類場地的數(shù)據(jù)只有6組，與 B類場地的一起占總數(shù)的2%；E類場地的數(shù)據(jù)占到3%。
　　NGA-West2數(shù)據(jù)庫給出了每個臺站的美國規(guī)范下的場地分類，主要依據(jù)表層30米深度內(nèi)

4、的平均剪切波速度 Vs30，而我國抗震設計規(guī)范采用的場地分類大多是依據(jù)Vs20和覆蓋層厚度兩個參數(shù)確定。為借助NGA-West2數(shù)據(jù)得到適用我國抗震設計的場地系數(shù)，本文分析、比較了中美場地類別劃分方法，借助兩個參考文獻發(fā)表的根據(jù)實測剪切波速度數(shù)據(jù)評判的366個場地的兩種場地類別，歸納了美國 A~F六個類別與中國 I~IV四個類別之間的大體對應關系。A、B類場地對應 I類場地，C類場地對應 I、II類場地，D類場地總體上對應II、III類

5、場地，E、F類場地對應 IV類場地。借助經(jīng)驗性關系逐段折算我國場地分類中相應的Vs30界限值，提出了替換NGA-West2數(shù)據(jù)庫中的場地類別為我國場地分類的I、II、III和IV類的方案。
　　本文通過分組不當導致問題的例子，強調(diào)了分組的重要性，指出場地系數(shù)研究的關鍵是數(shù)據(jù)分組。為提高分組的細致程度和可靠性，本文改進了依據(jù)震級-距離分組的方案，給定5個水平向 PGA分組的界限值和震級分組界限值，借助與本文基礎數(shù)據(jù)相同的NGA-We

6、st2地震動衰減關系CB13計算得到各分組界限值對應的一系列震級 M和距離 R，并將該數(shù)據(jù)對繪制在M-R平面內(nèi)，對各區(qū)間進行簡化和平滑處理，歸納成本文的地震動數(shù)據(jù)分組方案。
　　對每一個分組，計算全部水平向地震動反應譜的平均譜，按抗震設計規(guī)范給定的形式標準化，提取最大值和特征周期兩個參數(shù)；對每一場地類別，取6個地震動分組的平均譜聯(lián)合標準化，提取兩個反應譜參數(shù)，或給定特征周期提取最大值；對每一個A分組，取四個場地類別的平均譜聯(lián)合標準

7、化，提取提取最大值和特征周期兩個參數(shù)，或參照我國建筑物抗震設計規(guī)范給定特征周期提取最大值。以每一A分組四個場地類別的標準反應譜最大值與 II類場地相應數(shù)值相比，得到場地系數(shù)估計值，歸納各類場地直接統(tǒng)計獲取的標準化反應譜最大值之間的關系，進一步歸納提出水平向場地系數(shù)建議方案。按照同樣的程序，計算了各分組豎向地震動平均譜，標準化得到相應的最大值和特征周期，與 II類場地水平向相應數(shù)值相比，歸納提出了豎向場地系數(shù)建議方案。
　　在同一個