远场长周期地震动选取及界定

赵 艺 于建杰

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

远场长周期地震动(Far-field and Long-term Earthquake)具有持续时间长、强度低、位移较大的特点，表现出明显的长周期特性[1-3]。东京时间2011年3月11日下午2点46分，发生的M9.0级东日本地震就包含大量具有明显远场特性且数量充足的地震动。

本文基于日本防灾科技研究所(NIED)公布的台站强震记录，进行了远场地震动特性研究。其中分析的97组数据来源于K-NET，是隶属于NIED的强震观测台网，也是日本最主要的全国性强震观测台网之一[1,2]。

目前国内外对长周期近远场地震动概念的界定还不明确，本文拟采用FEMA P695中提出的标准，震中距大于10 km的定义为远场地震动，小于10 km的为近场地震动[3]。

李雪红等[4]通过采取β谱曲线平滑段(2 s～10 s)的谱值计算出周期的平方加权值βL，以此参数来界定长周期地震动，本文利用东日本地震动的部分数据验证了该方法的合理性。

1 地震动选取方法

1.1 基于设计反应谱的规范法

我们把设计反应谱曲线α—T作为设计的依据。其中纵坐标代表地震影响系数,含义为单质点在相对重力加速度下的绝对最大加速度,用来代替Sa/g;横坐标指的是结构体系的自振周期，二者构成设计反应谱[5]。

王亚勇[6]提出，选取的地震波应与设计反应谱在统计意义上相一致，比如相应的反应谱的特征以及地震波的数量。大量的研究结果表明，按双指标选波较为合理，包括结构第一周期T1和地震加速度记录反应谱特征周期Tg，在工程上实用性较好。

1.2 基于台站与地震信息的选取方法

本文采取的是第二种方法,适于研究不同结构类型和不同动力特性建筑结构的抗震性能。基于该方法选择地震波时，PGA>0.2g，PGV>15 cm/s。日本311东北地震，数据记录于NIED的两个强震台网——K-NET，KIK-NET，前者记录地表加速度，每个台站记录至少包含2个水平分量和1个竖向分量；后者记录地表及地表以下的基岩的强震加速度记录，每个台站包括了地表和地底两个测点，每个测点又包含了2个水平分量和1个竖向分量，共6条记录。本文选取K-NET强震台网中的97组地震动进行分析。

2 地震动分类标准

2.1 近远场划分

一般将长周期地震动分为两类，一种是近断层脉冲型地震动，另一种是远场类谐波地震动。目前国内外一般用震中距作为区分远近场的依据。FEMA P695附录A的A.7节中提出，可将震中距大于10 km的地震动定义为远场地震动。徐龙军[7]将断层距范围为40 km～100 km的地震动定义为远场地类谐和地震动。方小丹等[8]提出，远场地震动的筛选原则为50 km～80 km。本文以FEMA的定义为准，震中距大于10 km的为远场地震动。97组地震动震中距范围为121 km～646 km,根据此标准，均为远场地震动[1]。

2.2 场地类别划分

我国的场地分类标准需要将土的上部覆盖层厚度考虑在内，相应的场地地质资料的缺乏，给分组地震动带来了困难[9]。美国学者Lee[10]根据Vs30(30 m土层平均剪切波速)进行分类。考虑到实用性，位于坚硬岩石上的建筑结构比较少，且软弱土层上建筑结构的地震响应与土耦合作用密切相关。因此，对于一般结构的抗震性能以及不考虑结构—土耦合作用的研究中，宜排除坚硬场地和软弱土层上的地震记录，即Vs30(m/s)取值范围定为[200，500]。当200 m/s

3 长周期地震动界定方法

3.1 长周期地震动定义及界定公式

长周期地震动，是低频成分比较丰富，加速度峰值比较小，卓越周期比较长的地震动。β谱曲线2 s～10 s时间段对应的谱值较平滑，即采用该时间段周期的平方加权平均值βL作为长周期地震动的界定参数。本文拟采用此方法作为筛选东日本地震中长周期地震动的方法。

长周期地震动界定公式为：

式中：Ti——阻尼比为5%时加速度反应谱等间距离散周期，取值范围为[2,10]；

Sa(Ti)——Ti对应的加速度反应谱值；

PGA——加速度峰值。

在β谱曲线这一方面，常规地震动和长周期地震动差异较大，可以取曲线平滑段进行分析，βL>0.4及0.2≤βL≤0.4时分别为长周期和中长周期地震动。

3.2 计算东日本地震动βL

通过公式对K-NET强震台网中97组地震动进行筛选，选出长周期与中长周期地震动如表1所示。

在通过对地震放大系数β谱的分析，从图1a)～图1f)可以看出，β谱在2 s～10 s内下降比较缓慢，数值之间差异不明显，因此Ti的取值范围定为[2,10]是合理的。

表1 东日本地震动βL值

4 结语

1)利用台站法选取地震动简便，易操作，但局限性强，因此与基于规范的设计反应谱法综合选取方法值得研究者进一步考察。2)李雪红用于界定长周期的方法得到进一步的验证，也可用于其他远场地震动的计算与分析。3)场地类别分类问题宜具体问题具体分析，还需要进行后续的工作。

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