强震动观测台站建筑物对强地面运动的影响及其处理方法研究

The records of strong motion acceleration are the basis for modeling attenuation relationships of strong motion and regulating design spectra. At present, a large number of strong motion records, especially on the soil sites, have been accumulated in the world, and may be affected by the observation rooms and instrument piers, which cannot be taken as the records of free field from the meaning of science. How much do the observation rooms of strong ground motion and instrument piers supporting instruments of ground motion affect records of strong motion, which has not due attention. The results obtained from existing records of strong motion, including the attenuation relationships, design spectra of codes, etc have unknown uncertainties. This project intends to adopt the comprehensive method of numerical simulation and field experiment to quantitatively evaluate the effects of observation room for installing the strong motion devices and pier for supporting the strong motion device on records of station strong motion. The judgment standards of free field site are provided, the modification method of influences of device pier and observation structure on strong motion records are presented. The basic requirements of strong motion stations meeting conditions of free field records and reasonable construction scheme of strong motion station are put forward. The results obtained have important theoretical values for improving the qualities of observation records and practical significance for promoting the strong motion observation development of our country .

自由场地上的强震动观测记录是研究地震动衰减规律、制定抗震设计规范的基础数据。目前全球已获取了大量的强震动记录，尤其是土层场地上的，由于可能受观测室结构及仪器基墩的影响而非真正意义上的自由场地震动，但其影响究竟有多大？这一问题长期以来未受到应有的重视。因此，在强震动观测记录实际应用研究中，若不清楚观测室结构及仪器基墩的影响，而直接用于衰减关系、抗震设计反应谱等的统计分析及其它研究，则会引起统计结果的偏差。本申请课题拟采用理论分析与数值模拟、观测实验分析相结合的方法。对观测室结构及仪器基墩对地震动的影响进行研究，制定自由场地震动记录确定标准，提出基墩和观测室结构影响的分析、校正方法，并给出可供自由场地上强震动台站建设采用的影响消除措施，提出强震动观测仪器基墩与观测室合理设计方案及合理布局。本研究课题将有助于我国强地震动观测技术水平和观测数据质量的提高，具有重要的实际应用价值和理论意义。

自由场地上的强震动观测记录是研究地震动衰减规律、制定抗震设计规范的基础数据。目前全球已获取了大量的强震动记录，尤其是土层场地上的，由于可能受观测室结构及仪器基墩的影响而非真正意义上的自由场地震动，但其影响程度并不清楚。在强震动观测记录实际应用研究中，若不清楚其影响而直接用于研究分析，则会引起研究结果的偏差。本项目总结归纳了观测环境对强震动观测影响的研究现状，指出现有研究存在的不足。以仪器墩作为强震动观测环境影响因素之一，基于集中质量时空解耦时域动力有限元方法，分别以仪器墩高度、平面尺寸和材质为控制参数结合不同的场地条件建立了分析模型，分析了不同场地条件下仪器墩高度、平面尺寸和材质对场地地震动的影响；揭示了仪器墩几何尺寸和材质对地震动的影响规律，给出了仪器墩几何尺寸和材质的优化设计方案。以观测室结构作为强震动观测环境影响因素之一，分别以砌体观测房内观测点位置和观测室结构型式为控制参数，结合不同场地条件建立了分析模型，通过数值模拟分析了砌体观测房内不同观测位置、观测室结构型式对场地地震动的影响；揭示了观测室结构对场地地震动的影响规律，给出了减小观测室影响的观测室结构建设和室内观测点布置的建议。通过锤击试验检验了实验设备的一致性；针对四川长宁6.0级地震开展了余震流动观测试验，并在北京国家地球观象台院内并址观测台站开展了固定观测试验；以试验记录为基础数据，在对试验记录处理分析的基础上，分析了不同观测条件下观测室结构对场地地震动的影响；揭示了不同观测条件下观测室结构对场地地震动影响的规律，检验了数值模拟结果，提出了不同场地条件下强震动观测室优先采用玻璃钢罩观测室的建议。本项目研究成果有助于我国强地震动观测技术水平和观测数据质量的提高，具有重要的实际应用价值和理论意义。