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人工近断层地震动速度脉冲模型参数确定方法 1979年的impericvail地震、1994年的北历里河地震、1995年的khoba地震和1999年的chuzhengxi地震均为中等强度地震，但对建筑结构和桥梁造成了重大破坏。从获得的记录分析可以看出，近断层地震的地震波攻击对结构地震的形成有很大影响。近年来，许多科学家开始关注特定扰动区域内的地震波特性以及对结构的影响。然而，由于观测仪器和地震相位的限制，在一定时期内，几乎没有观测到的近断层地震数据集，并且没有速度脉冲记录。它不能从统计意义上描述近断层地震的特征。因此，各国科学家提出了几种速度脉冲模型，并将近断层的脉冲动力合成为近断层，从而研究了近断层地震对结构的响应影响。 本文作者分析了典型的近断层地震记录基本特点,从震源机制上说明了脉冲产生的原因及潜在的破坏能力.并对具有代表性的Charles Menun人工近断层速度脉冲模型参数进行了研究,应用实际近断层记录对其模型的特点进行了检验,对目前几种模型参数确定方法进行了总结, 在此基础上提出一种新的参数确定方法,并结合梁式桥单墩模型进行了动力时程分析,说明了推荐模型参数的合理性. 1 远方向上的速度脉冲效应 由于国内近断层地震记录较少,故选用国外几次著名的地震事件中获得的近断层记录来研究速度脉冲效应,所有记录均来自文献. 图1为1992年Landers(Lcn275记录)地震在前方向上记录到的近断层垂直断层的水平向分量的时程曲线,可以看出在速度时程和位移时程中存在明显的脉冲运动.如果断层破裂传播方向远离场地,则记录将表现为后方向性,即在后方向上的记录表现为低幅值、长持时的地面运动,图2为Landers地震中(jos090记录)后方向上的时程曲线. 从图1、图2对比可以发现:前方向上的记录比后方向上的记录中的脉冲特征明显,说明后方向上的记录传至场地的地震能量分散到长持时的地面运动中,而前方向上的记录位于移动断层之上.由于错动是瞬时发生的,因此板块内部积聚的巨大能力瞬间得以释放,而且传播是以接近场地剪切波速进行的,反映在时程上就表现为明显的脉冲运动.由此可以看出位于前方向上的近断层记录的速度脉冲效应明显.因此,这里重点对前方向上的近断层地震记录进行分析. 从垂直于断层的水平分量速度反应谱SV(图3的(a)、(b))也可以看出:速度谱存在一个或多个卓越峰值,说明速度脉冲效应隐含了巨大的地震能量,这势必增大结构的延性需求.同时,在图3的(a)中, 可以发现阻尼ξ对反应谱SV的峰值影响显著,在小阻尼(ξ≤0.05)情况下,反应谱峰值下降较小,在大阻尼(ξ0.1)时,谱峰值趋于消失. 2 速度模型建立 由于近断层地震记录数量有限,近年来许多学者对近断层地震动脉冲进行研究,提出了多种速度脉冲模型,大致可以分为3类:①是将速度脉冲简化为矩形波,如以Alavi为代表的模型;②是将速度脉冲简化为正弦或余弦全波,主要有Lu等模型;③是将速度脉冲用谐和函数和指数分段模拟,代表学者有Charles Menun等. 一般来说,正、余弦比矩形要好,分段模拟比全波模拟精确度高,更能较好的代表实际地震动的脉冲波形,同时使模拟脉冲具有一定的随机性和不平稳性特点,因此本文作者以Charles Menun速度模型为基础,分析探讨其合理性. 其表达式为 ˙um(t?θ)={Vpexp[-n1(34Τp-t+t0)]×sin[2πΤΡ(t-t0)]t0t≤t0+34ΤΡVpexp[-n2(t-t0-34Τp)]×sin[2πΤΡ(t-t0)]t0+34ΤΡt≤t0+2ΤΡ0tt0,tt0+2ΤΡ(1)u˙m(t?θ)=?????????????????????????????????????Vpexp[?n1(34Tp?t+t0)]×sin[2πTP(t?t0)]t0t≤t0+34TPVpexp[?n2(t?t0?34Tp)]×sin[2πTP(t?t0)]t0+34TPt≤t0+2TP0tt0,tt0+2TP(1) 式中,˙uu˙m(t,θ)为速度;Vp、Tp为速度脉冲最大幅值和周期;t0为脉冲起始时间,n1、n2为形状参数;θ=[Vp,Tp,t0,n1,n2]T为模型的参数向量. 通过调整模型形状参数n1、n2可生成如图4所示的几种典型的速度脉冲时程,从理论上可以模拟任意两个典型图示之间的各种速度脉冲波. 2.1 速度时程的确定 从近断层地震动特性分析中可看出,参数值Vp和Tp对地震动影响较大,其确定方法有: (1)Charles Menun用极值原理,在θ=[Vp,Tp,t0,n1,n2]T中,令?θ?Vp=0??θ?Τp=0?θ?Vp=0??θ?Tp=0得Vp、Tp值. (2)一般的远场地震记录中不含有脉冲运动,为分析Tp和地震动的卓越周期Tg之间的关系, 在此