1.2　强震记录资料的选取

1.2.1　记录资料的来源

自1933年长滩地震美国强震台站获得第一批加速度记录至今,地震工作者已获得大量有价值的强震记录资料,为地震工程研究及其工程应用积累了丰富的基础数据资料。中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心长期关注并致力于强震观测台站的建设和强震记录数据的收集,现已收集到一定数量的国内外强震记录数据,并建立了强震数据库,便于数据资料查询和利用。本章中所采用的强震记录数据均来自于此强震数据库。

1.2.2　地震动影响参数的选用

震源的影响这里只考虑震级这一参数,虽然目前国际上多采用矩震级Mw,考虑到以前的许多地震都没有测定矩震级,而且国内的地震安全性评价工作中也没有使用矩震级,因此这里也不采用矩震级,而采用以下双重震级标定方法[25]:

传播途径参数则采用震中距R,其值可根据震中和台站经纬度计算得到。计算时可首先将地震的震中和记录台站经纬度转换成大地坐标:

式中:r为地球半径,一般取r=6370km;θ为纬度;φ为经度。

当震中和台站间的距离小于200km时,可采用以下近似计算式计算得到震中距R:

由于重大工程结构的地震反应分析常以基岩地震动作为基底输入,其他土层场地条件下的地震动参数可直接通过土层反应分析得到,因此这里主要分析基岩强震加速度记录的峰值特性。其中基岩以含下列地质术语描述的场地为准:花岗岩(granite)、闪长岩(diorite)、片麻岩(gneiss)、硅岩(chert)、石灰岩(limestone)、砂岩(sandstone)、粉砂岩(siltstone)、硬砂岩(greywacke)等[25]。

由于覆盖土层对地震动具有削减隔震和低频放大双重效应;导致土层上的地震动明显有别于基岩地震动,基于加速度反应谱定义的土层EPA计算式也可能有别于基岩记录的EPA计算式。由于土层场地千变万化,而且局部土层条件对地震动特性具有显著影响,这给土层地震记录峰值特性的统计分析带来了一定的困难;如果统计数据资料选取不当,统计结果的普适性和代表性很难保证。为了便于基岩和土层场地上地震动峰值特性的比较分析,这里选用SMART-1密集台阵的37个测点记录资料进行分析,因这37个测点均位于2km范围内的同一冲积土层上,且在这么小的局部场地范围内不存在明显的场地条件差异,因而认为所有测点均代表同一类场地条件。

1.2.3　美国西部记录

这里选取震级M≥4.5、震中距R≤150km、PGA≥10cm/s2范围内的基岩加速度记录进行分析。数据的选取是基于以下几点考虑:①震级过小的地震对结果影响不大,通常将M=4.5定义为破坏性地震的下限。②PGA值过小对结构的破坏作用不大,而PGA值过小的记录在数据处理中引起的相对误差较大。③基于地震动的衰减效应影响的考虑,通常小震和中强震经过大于150km传播距离衰减后强度已变得很小了,不足以对建筑物造成大的影响。共收集到满足条件的水平地震记录96条、竖向记录48条,这些记录分属20次地震41个台站,这些记录均为美国地质调查局校正后的记录资料。在水平记录的选取中,同一台站的两个水平分量看成是相互独立的两条记录,因通常这两个相互垂直的水平分量的地震动参数是不相同的,这样处理可更好地体现地震动随机变化的特性[25]。记录在震级、距离平面内的分布情况见图1.1,各次地震的相关资料见表1.1。

1.2.4　我国台湾SMART-1台阵记录

SMART-1(Strong Motin Array in Taiwan,Pnase 1)是由我国台湾地球科学院、台湾大学与美国加州大学伯克利分校合作设置的强震观测台阵,是世界上第一个专门为研究局部范围内地面运动空间变化规律的强震台阵。SMART-1台阵位于台湾岛的东北部,靠近罗东市,坐落在一个长15km、宽8km的平坦冲积谷上。该台阵共布设了39个测点,本书中使用包括中心C-00测点在内的37个土层测点的记录资料,其中36个测点分别布设在以C-00为中心的三个半径分别为200m、1000m、2000m的同心圆周上,每周各布设12个测点,编号由内往外分别为I-01～I-12、M-01～M-12、O-01～O-12。37个测点的平面布置见图1.2,相对位置坐标见表1.2。

这里选用两组数据进行统计分析,一组为M≥4.5、R≤100km范围内的41次地震共2863条记录,其中竖向952条、水平1911条;另一组为第一组中的6次地震共191条记录,所选6次地震的主要特征见表1.3。每个测点强震仪都记录了所在位置的三个相互垂直方向上的地震动分量,即两个水平分量和一个竖向分量,仍将同一测点的两个水平分量看成是相互独立的两条记录。