抗震设计地震动参数的确定.pdf

抗震设计地震动参数的确定张司亚长安大学地测学院【摘要】以咸阳某工程场地为例，首先阐述了场地的地震地质条件，然后在场地地震危险性概率分析的基础上，对场地土层进行一维地震反应分析计算，确定了该工程场地地震动参数，为抗震设计提供了依据。【关键词】地震危险性地震动参数反应谱抗震设计地震动参数是工程抗震设计的依据，是表征地震引起的地面运动的物理参数，包括地震动峰值(加速度或速度峰值)，反应谱及强震持时这三项参数等。该工程场地位于咸阳彬县，规划场地东西长 2000m，南北宽 600m，占地 12km2。场地中心地理坐标为 35 119N，108 135E，属中国地震动参数区划图(GB18306 2001)中的地震动峰值加速度 0 05g 区，反应谱特征周期 040s 区。一、场地地震危险性概率分析1 潜在震源区划分。基于对场址区及其周围地震地质、地震活动性特征和地震带划分的研究和认识，并参照“第四代地震区划图”，工作区主要潜在震源有汾渭地震带，包括西安 临潼潜在震源区、咸阳潜在震源区、周至潜在震源区、华县潜在震源区和扶风潜在震源区等;六盘山 祁连山地震带，包括陇县 千阳潜在震源区、固原潜在震源区和泾原潜在震源区等;龙门山地震带，包括清水潜在震源区、天水潜在震源和成县潜在震源区。2 震源参数的确定。充分考虑地震资料的可靠性和完整性以及各个地震带有不同的自身地震活动规律，对于不同的地震带选取了不同的可信时段和可信震级，我们对震源所涉及到的三条地震带，分别进行了统计，其结果见表 1。其中 b 值是描述大小地震分布关系的重要参数，40 为该地震带大于或等于 40 级地震的年平均发生率。表 1主要地震带地震活动性参数3 衰减规律的选取。地震动参数随距离的衰减一般与断层类型、破裂大小、地震波传播途径和场地条件等因素有关。目前均将其表示为震级、震中距和场地条件的函数。本地区无强震记录，本文引用 陕西分区地震动衰减关系研究 成果，基岩地震动采用型衰减关系，其具体表达式如下:长轴 logY=1 439+1467M 0074M2 1 616log(R+0 665exp(0 504M)=0 237短轴 logY=1 916+1458M 0071M2 1 528log(R+0 286exp(0 580M)=0 2374 地震危险性概率分析。地震危险性分析采用我国地震区划编图(2001)提出的椭圆模型，利用前面给出的潜在震源、地震活动性参数和衰减关系等进行分析得出。4 1 基岩地震动峰值加速度。采用上述原理和方法以及各潜在震源区的地震活动性参数，由衰减关系对工程场地进行地震危险性分析，得到场地未来 50 年超越概率 10%的基岩加速度峰值为 55 85gal，超越概率 63%和 2%的基岩加速度峰值分别为 2255gal 和 9384gal。42 场地基岩地震相关反应谱(简称基岩反应谱)。采用不同周期点基岩地震动峰值加速度的衰减关系，对各周期相关谱进行了地震危险性概率分析，得到了不同概率水平下的场地基岩相关反应谱曲线(图1)，从地震危险性结果分析看出，对工程场地影响较大的潜在震源区是扶风震源区和千阳 陇县震源区。图 1场地基岩相关反应谱曲线二、场地工程地质条件1 场地地形、地貌及地下水。该工程场地地势总体呈北高南低和东高西低，地形由东北向西南表现为台阶式降低，场地地面标高界于1176 1220m，其地貌属典型的黄土塬。工程场地地下水位埋深 38 3 402m。2 场地土层结构。根据钻孔资料，该工程场地内土层分布基本稳定，地层岩性上至下主要为第四纪晚更新世(Q3)和中更新世(Q2)的黄土和古土壤组成。3 场地土层剪切波速。根据场地土层波速、地脉动测试结果以及钻孔资料判定，三个波速测试孔的平均等效剪切波速为 Vse=267m/s。该场地的覆盖层厚度可确定为 64 米。按建筑抗震设计规范(GB50011 2001)有关标准，建筑场地类别属类。4 场地土层的动剪切模量和阻尼比。土层在大应变条件下的动剪切模量 G 与阻尼比，由室内动三轴实验测定，根据实验结果，可用如下经验式近似描述:由动三轴实验经整理后得场地内不同土性、不同深度的场地土层的动剪切模量比 G/G0、阻尼比 与剪切应变 的变化关系。三、场地地震动参数确定场地地震反应分析与工程场地岩土层的空间分布特征、岩土的动673百科论坛力学性质及输入地震动等密切相关。依据前述给出的不同超越概率水平的基岩加速度峰值和基岩地震相关反应谱，拟合场地基岩地震动时程，建立地震反应模型，计算分析土层的非线性地震反应，确定该工程场地的地震动参数。1 输入地震动参数的确定。按规范和设计技术要求，把前面给出的场地基岩地震相关反应谱作为输入地震动的目标谱，采用拟合基岩反应谱的三角级数迭加法合成场地基岩地震动，给出 50 年超越概率63%、10%和 2%三种设防概率水平的合成基岩加速度时程。2 场地地震反应计算与场地地震相关反应谱。本场地以地 ZK1、ZK2、ZK3 钻孔的剪切波速测试结果、土样的动三轴试验数据为基础建立了一维土层地震反应柱模型(篇幅有限，仅以 ZK1 孔说明)，在假想基岩面(64m)深度输入概率水平为 63%、10%和 2%三组(每组三个)基岩地震动时程分别进行地震反应分析计算。得到工程场地地表处地震动加速度时程及参数。计算结果得到:2 1 场地地震相关反应谱。图 2 中 a、b、c 分别是 ZK1 孔地表处不同概率水平下的地震加速度相关反应谱曲线。图 2ZK1 孔场地相关反应谱()曲线2 2 场地加速度时程。图 3 中 a、b、c 分别是 ZK1 孔地表处三个不同概率水平的场地加速度时程(因篇幅有限，这里仅给出每种概率水平下三条加速度时程中的一条)。图 3场地地面地震动时程3 场地地震动参数的确定场地地震动参数包括地面地震动峰值和场地地震相关反应谱，现根据以上地震反应分析结果来确定本工程场地的地震动参数。3 1 地震动峰值加速度。对于 63%、10%和 2%的三种概率水平下，场地地表 0 0m 处的地震动峰值加速度和综合评价结果列于表 2。表 2场地地面加速度峰值(gal)3 2 场地地震综合反应谱。在 63%、10%和 2%的三种不同概率水平下，综合场地内钻孔的相关反应谱得到场地每种概率水平下的地震综合反应谱(图 4a，b，c)。根据给出的场地综合反应谱可求得场地特征周期，从加速度反应谱平台段的放大系数的优势分布并结合抗震设计规范得到场地的动力放大系数 max。图 4工程场地综合反应谱()曲线33 地震影响系数曲线。按照 建筑抗震设计规范(GB50011 2001)中的有关规定，对场地土层反应谱进行分析，得到该工程场地的地震影响系数曲线。(1)其中有关参数的结果列于表 4 中。表 4地震影响参数曲线特征参数四、结语1 地震危险性分析结果表明，所在的工程场地未来 50 年超越概率10%的地面地震动峰值加速度为 0070g，特征周期为 0 47s。对工程场地影响较大的潜在震源区是扶风潜在震源区。2 据工程场地工程地震勘察资料，该工程场地的覆盖层厚度约为64m，以深孔资料建立一维模型，进行场地地震反应，得到工程场地 50年超越概率 63%、10%、2%三个概率水平的地面地震动时程，地面峰值加速度分别为 0028g、0070g、0118g。3 根据场地地震反应分析，地震影响系数曲线(T):如公式(1)所示，有关参数值见表 4。建筑结构的地震影响系数可根据结构的自振周期来采用。参考文献:1胡聿贤 地震工程学 M 北京:地震出版社，1988 2胡聿贤 地震安全性评价技术教程M 北京:地震出版社，1999 3GB50011 2001 建筑抗震设计规范S 中国建筑工业出版社，2002 4GB17741 2005 工程场地地震安全性评价技术规范S 北京:中国标准出版社，2005 5中国地震动参数区划图宣贯材料S 北京:中国标准出版社，2001773百科论坛