1.设计谱和GPS技术在强震记录数 据处理中的应用
1.1 关于设计谱
－－拟加速度谱 －－相对位移谱
美国与中国的设计谱与抗震设计软件中的处理方法
欧洲抗震设计规范中的位移反应谱
TD =2s TE =6s TF =10s
随机地震动功率谱的基本特性
在给定震级和距离的条件下平滑化功率谱 也具有随机性，但是它们的离散性相对比 较小，迭加在其上的波动成分随机性更大， 而且有一定的共性，所以可以说是高阶随 机或超随机特性。这两部分贡献可以分开 来加以统计。
功率谱
Markov模型
1
Markov模型(m=1)
0.9
Markov模型(m=2)
0.8
Markov模型(m=4)
金井清谱(ξ =0.643)
0.7
g
金井清谱(ξ =0.435)
g
0.6
金井清谱(ξ =0.301)
g
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
20
40
6性的影响
计算区域内的岩土分层情况
24个子震源在断层面上的分布
观测点上的位移、速度和加速度时程
动速度和位移沿测线的转播过程
研究区域的地震动强度（烈度）分布
4.地震动功率谱模型的改进
◆ 随机模型存在的问题
◆ 对新模型的构想
----看作是白噪声过程分别经过高、低频滤波以 后得到的平稳过程或两个高斯Markov过程的叠加 或复合，因此也可以称为复合Markov模型。
4、有限差分和其他离散化方法可以有效地应用 于地震动场的数值模拟，目前的研究工作已经在 这方面奠定了良好的基础，今后还需要发展标准 化的数值分析技术和计算机软件，为在城市和区 域基础设施建设和重大工程中的实际应用创造条 件；
5、地震作用是具有高度随机特性的可变和偶然 荷载，发展基于随机振动理论的抗震设计方法是 值得重视的研究领域，为此有必要建立相应的地 震危险性分析方法，完善以功率谱和反应谱为基 础的抗震设防标准。
AmU
dd nm
t
Bn
BmnmU
vv nm
t
2Bn
AmnU
vd nm
t]
n1 m1
U
dd nm
t
n
t
m
t
dd nm
t
U vv nm
t
n
t
m
t
n
t
m
t
vv nm
t
U vd nm
t
n
t
n
t
m
t
vd nm
t
CSRSS（t）法：
N
y
2 p
t
env
S 2 2 dn n
t
An2 n t n2 Bn2
产生多向地震动时程 竖向地震反应谱的场地相关特性 地震动场的模拟
2 GPS技术在强震记录数据处理中的应用
－－强震观测中存在的问题
地面运动永久位移无法确定 －－GPS技术的特点 －－GPS技术的应用 1次/s 的采样率
2002年美国Denali7.9级地震 2003日本Tokachi-Oki8.0级地震 2003年San Simeon 6.5级地震
强震地面运动 和结构地震响应的研究
-----周----锡---元---------
----北--京--工--业---大--学--，---中--国--建---筑--科--学---研--究--院--2006，12，22
提纲：
随机地震动的统计特性 设计谱和GPS技术在强震记录数据处理中
的应用; 强震地面运动场的三维数值模拟; 功率谱模型的改进; 地震动非平稳特性的影响; 结论与建议.
四种模型模拟的集集地震的包线
1
Model 1 Model 2
0.8
Model 3 Model 4
Mean square of JiJi
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Time (s)
5 考虑地震动非平稳特性的CCQC（t）法：
NN
y
2 p
t
env
Sdn
Sdm
[
An
n1
CQC（t）法：
NN
y2p
t
env
VnVmUndmd t Sdn Sdm
n1 m1
SRSS（t）法：
NN
y
2 p
t
env
Vn2n2 t Sd2n
n1 m1
发展基于随机过程理论的抗震设计方法
（1）分析加速度时程对结构的破坏作用，研究 加速度时程作为随机过程的统计特征和参数，其 中包括幅值和频率特性非平稳性的表达方式等；
1 随机地震动的统计特性
地震动持续时间 地震动峰值特性 包络线(强度非平稳性) 频率成分(含量)的非平稳性
设计谱与真实反应谱的差异
关于地震动强度或设防烈度，自上世纪70 年代以来广泛采用地震危险性分析方法， 至于反应谱峰值的形状一直采用 Housner提出的平滑化设计谱。应该指出， 这种平滑化的设计谱与真实的反应谱之间 是存在一定的差异的。真实地震的反应谱 是随周期波动变化的，而且变化的幅度比 较大。
6.结论与建议
1、今后需要研究相对位移反应谱在长周期段的 特征，进一步拓宽设计反应谱的适用范围；
2、在地面和结构上布置高采样率的GPS接收器， 研究相应的数据处理方法和软件，综合利用观 测数据，分析记录位移随时间的动态和静态变 化规律；
3、地震动的非平稳性及其对结构反应的影响， 还有待进一步研究；
随机波动成分对方差或地震动强度是基本 没有贡献的。
Typical autocorrelation function
Typical power spectrum density
地震动记录统计特征的随机特性
1、自相关函数和互相关函数
对自相关函数用曲线
来拟合
三方向地震动的谱特性
三向地震动的谱特性的差异 如何根据规范中的单向地震反应谱
平稳化过程：是一个确定性的时间函数与一个平稳随 机过程的乘积，即：
yg t f t X t
包络函数的几种形式 ：
（（（(4123）)））ffffttt=t I0IIe00Ie0ttt0ta esei1nbttt0tt
ecttt00
t011ar1cclntgba
四种模型模拟的El_Centro波包线
（2）探索对加速度时程进行危险性分析的方法； （3）研究结构在随机地震地面运动作用下的动
力反应分析方法； （4）在统一的概率定义下对结构进行可靠度分
析，获得真正意义上的结构可靠度水准。
这样的加速度时程不是一个确定性的时间函 数，但是可以定义为一个随机函数，其统计 特性可以看作是确定性变量并由这些统计参 数来产生样本随机过程，也可以直接用一组 样本随机过程来表示。这样得到的具有一定 概率水准的加速度时程可以作为重大工程的 的设计地震或输入地面运动，并据此对结构 地震反应进行可靠性分析。
汇报结束
谢谢大家
经过低通滤波以后的GPS 位移与采用不同频带滤波以后的加速度时程的比较
从加速度和GPS信号中分析得到的阻尼比为0.05的位移谱的比较
3.强震地面运动场的三维数值模拟
模拟方法：有限断层模型 基本思想： 发震断裂
子断裂
相应于
较小的地震
基本参数
断层方位 滑冲方向 断层方位
怀来-延庆盆地波速结构测点（黑三角）布置和数值模拟范围
(a) 用高低频截断方式限制高低频成分（竖线部分为有限带宽白谱） (b) 用高低通滤波器限制高低频成分
复合Markov功率谱模型:
S S0
h2 2 2 h2 2 l2
S
S0
h2m 2m 2 h2 m 2 l2 m
Markov功率谱模型与Kanai-Tajimi模型的对比
设计地震应该是单纯的地震动特性还是综合了 结构和地震的特性?
-----这样的争论来源于对设计谱的理解
Housner 对设计谱的解释: ➢ 设计谱工实际用的平滑化反应谱
为什么可以用平滑化的谱取代实际的波动状反 应谱? ➢ 结构的周期不能正确的确定 ➢ 对迭加在平滑化谱上的波动成分是未知的 ➢ 考虑到结构的阻尼,材料的强度和延性以及结 构的非线性影响