基于工程应用的地震动相干函数统计模型研究

Based on the problem that the coherency model considering spatial variation of seismic ground motion has not got practical application, the ideas and methods of establishing the model of the spatial variation of seismic ground motion (coherency function) will be evaluated. The differences of the selection and utilization of strong ground motion data, as well as the statistical method in coherency model statistics will be pointed out. And the reasons for the inconsistent results will be explained. In order to ensuring the consistency and rationality of the utilization of array strong ground motion data, some ideas and methods will be proposed. At the same time, the practical coherency model will be put forward. Finally the more reasonable earthquake input for seismic analysis of large-size structures (such as nuclear power plants, bridges, pipelines) will be supplied.

针对目前考虑地震动空间变化的相干函数模型得不到实际应用的问题，本课题将对已有的地震动空间变化（相干函数）模型的建立思路和方法进行系统评价，指出各种相干函数模型统计过程中强震数据的选取和利用，以及采用的数学模型的异同，解释统计结果不一致的原因，提出解决这些问题的方法，从而保证台阵强震数据处理和统计分析方法的正确性，发展并提出实用的相干函数模型，为长大结构（如核电站、大跨桥梁、地下管线等）抗震分析提供合理的地震动输入。

在一定范围内，地震动的空间变化非常明显，了解并确定这些空间变化的正确物理特征对于长大结构的抗震设计非常重要。目前对地震动空间变化的研究主要还是利用密集强震台阵的观测资料，根据随机振动理论，采用相干函数的表述，在定量上研究空间上任意两点地震动的统计相关性。本项目主要采用统计回归的方法研究了强震数据对相干函数模型统计的影响，并给出了合理的选取和利用方法。1.研究了不同的窗函数和带宽对相干系数的影响。发现窗函数对相干系数计算结果的影响不大，但带宽的影响较大，带宽越大，相干系数越小。因此建议，在计算相干系数时，需要选择合适的带宽。2.研究了震级大小和传播距离对相干函数的影响，指出：震级大小对地震动相干性影响较大，震级小的相干性较好；地震波的传播距离对地震动的相干性影响不显著，震源距较小地震的地震动相干性较小。3.研究了截止频率的取值对地震动空间相干函数统计结果的影响作用，提出了基于AR模型和基于能量方法的2种相干函数有效频段范围的确定方法。4. 研究了台站间距d的分布对地震动空间相干函数的影响，发现：对于某一特定距离，由根据该距离的相干函数计算值得到的拟合结果与由所有不同距离的相干函数计算值得到的拟合结果会出现明显的差异。为减小这一偏差，提出了一种对由不同距离相干函数值的拟合系数进行二次回归的改进方法。5.研究了不同的地震波波形对相干函数的影响，结果表明：整条地震波记录的统计相干系数比S波相干系数小，降低了地震动的空间相关性。另外还给出了面波的相干函数模型。