1.2　強震記錄資料的選取

1.2.1　記錄資料的來源

自1933年長灘地震美國強震臺站獲得第一批加速度記錄至今,地震工作者已獲得大量有價值的強震記錄資料,為地震工程研究及其工程應用積累了豐富的基礎數據資料。中國水利水電科學研究院工程抗震研究中心長期關注并致力于強震觀測臺站的建設和強震記錄數據的收集,現已收集到一定數量的國內外強震記錄數據,并建立了強震數據庫,便于數據資料查詢和利用。本章中所采用的強震記錄數據均來自于此強震數據庫。

1.2.2　地震動影響參數的選用

震源的影響這里只考慮震級這一參數,雖然目前國際上多采用矩震級Mw,考慮到以前的許多地震都沒有測定矩震級,而且國內的地震安全性評價工作中也沒有使用矩震級,因此這里也不采用矩震級,而采用以下雙重震級標定方法[25]:

傳播途徑參數則采用震中距R,其值可根據震中和臺站經緯度計算得到。計算時可首先將地震的震中和記錄臺站經緯度轉換成大地坐標:

式中:r為地球半徑,一般取r=6370km;θ為緯度;φ為經度。

當震中和臺站間的距離小于200km時,可采用以下近似計算式計算得到震中距R:

由于重大工程結構的地震反應分析常以基巖地震動作為基底輸入,其他土層場地條件下的地震動參數可直接通過土層反應分析得到,因此這里主要分析基巖強震加速度記錄的峰值特性。其中基巖以含下列地質術語描述的場地為準:花崗巖(granite)、閃長巖(diorite)、片麻巖(gneiss)、硅巖(chert)、石灰巖(limestone)、砂巖(sandstone)、粉砂巖(siltstone)、硬砂巖(greywacke)等[25]。

由于覆蓋土層對地震動具有削減隔震和低頻放大雙重效應;導致土層上的地震動明顯有別于基巖地震動,基于加速度反應譜定義的土層EPA計算式也可能有別于基巖記錄的EPA計算式。由于土層場地千變萬化,而且局部土層條件對地震動特性具有顯著影響,這給土層地震記錄峰值特性的統計分析帶來了一定的困難;如果統計數據資料選取不當,統計結果的普適性和代表性很難保證。為了便于基巖和土層場地上地震動峰值特性的比較分析,這里選用SMART-1密集臺陣的37個測點記錄資料進行分析,因這37個測點均位于2km范圍內的同一沖積土層上,且在這么小的局部場地范圍內不存在明顯的場地條件差異,因而認為所有測點均代表同一類場地條件。

1.2.3　美國西部記錄

這里選取震級M≥4.5、震中距R≤150km、PGA≥10cm/s2范圍內的基巖加速度記錄進行分析。數據的選取是基于以下幾點考慮:①震級過小的地震對結果影響不大,通常將M=4.5定義為破壞性地震的下限。②PGA值過小對結構的破壞作用不大,而PGA值過小的記錄在數據處理中引起的相對誤差較大。③基于地震動的衰減效應影響的考慮,通常小震和中強震經過大于150km傳播距離衰減后強度已變得很小了,不足以對建筑物造成大的影響。共收集到滿足條件的水平地震記錄96條、豎向記錄48條,這些記錄分屬20次地震41個臺站,這些記錄均為美國地質調查局校正后的記錄資料。在水平記錄的選取中,同一臺站的兩個水平分量看成是相互獨立的兩條記錄,因通常這兩個相互垂直的水平分量的地震動參數是不相同的,這樣處理可更好地體現地震動隨機變化的特性[25]。記錄在震級、距離平面內的分布情況見圖1.1,各次地震的相關資料見表1.1。

1.2.4　我國臺灣SMART-1臺陣記錄

SMART-1(Strong Motin Array in Taiwan,Pnase 1)是由我國臺灣地球科學院、臺灣大學與美國加州大學伯克利分校合作設置的強震觀測臺陣,是世界上第一個專門為研究局部范圍內地面運動空間變化規律的強震臺陣。SMART-1臺陣位于臺灣島的東北部,靠近羅東市,坐落在一個長15km、寬8km的平坦沖積谷上。該臺陣共布設了39個測點,本書中使用包括中心C-00測點在內的37個土層測點的記錄資料,其中36個測點分別布設在以C-00為中心的三個半徑分別為200m、1000m、2000m的同心圓周上,每周各布設12個測點,編號由內往外分別為I-01～I-12、M-01～M-12、O-01～O-12。37個測點的平面布置見圖1.2,相對位置坐標見表1.2。

這里選用兩組數據進行統計分析,一組為M≥4.5、R≤100km范圍內的41次地震共2863條記錄,其中豎向952條、水平1911條;另一組為第一組中的6次地震共191條記錄,所選6次地震的主要特征見表1.3。每個測點強震儀都記錄了所在位置的三個相互垂直方向上的地震動分量,即兩個水平分量和一個豎向分量,仍將同一測點的兩個水平分量看成是相互獨立的兩條記錄。