聶利英 王 康 林浩然 帥嬌嬌 汪基偉

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院 南京 210098)

0 引 言

基于多年的強(qiáng)震觀測(cè)結(jié)果，部分國(guó)家已建立了開(kāi)放的強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，如美國(guó)太平洋地震工程中心研發(fā)的PGMD(PEER ground motion database)數(shù)據(jù)庫(kù)、歐洲ESD(european strong-motion database)數(shù)據(jù)庫(kù)、日本的K-net(Kyoshin network)和KiK-net(Kiban Kyoshin network)數(shù)據(jù)庫(kù)等.其中，PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)是世界上最具權(quán)威性和代表性的地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)之一，也是我國(guó)學(xué)者選波最常用數(shù)據(jù)庫(kù).PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的選波程序采用目前國(guó)際上公認(rèn)的兩級(jí)選波法[1].此選波方法是：第一級(jí)以震級(jí)、距離等地震參數(shù)作為初始選波準(zhǔn)則；第二級(jí)以反應(yīng)譜譜形匹配作為選波準(zhǔn)則.

在利用PGMD程序進(jìn)行譜匹配選波時(shí)，目標(biāo)譜常常依據(jù)規(guī)范反應(yīng)譜設(shè)定[2].我國(guó)各行業(yè)抗震規(guī)范的規(guī)范反應(yīng)譜之間存在較大差異.工程和科研人員通常認(rèn)為各規(guī)范的反應(yīng)譜規(guī)定不同，是因?yàn)榭紤]了結(jié)構(gòu)的特征、結(jié)構(gòu)在不同行業(yè)的安全需求不同.但是當(dāng)規(guī)范反應(yīng)譜用于地震動(dòng)選波時(shí)，因?yàn)樽罱K選出的地震波需符合既定的場(chǎng)地特征以及預(yù)期地震特征，此時(shí)，規(guī)范反應(yīng)譜需應(yīng)能反映預(yù)期場(chǎng)地地震的統(tǒng)計(jì)特征.

基于實(shí)測(cè)地震動(dòng)記錄統(tǒng)計(jì)得到反應(yīng)譜的研究，主要是地震工程領(lǐng)域關(guān)于反應(yīng)譜地震衰減關(guān)系的研究，即基于大量地震動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析建立反應(yīng)譜譜值與震級(jí)、距離、Vs,30(地下30m深度范圍內(nèi)的平均剪切波速)、地震類型等地震參數(shù)的函數(shù)關(guān)系.美國(guó)PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)于2013年發(fā)布更新后的地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，共包含607次地震中的21 539條地震動(dòng)數(shù)據(jù)[3]，并利用該地震動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸了5個(gè)偽加速度反應(yīng)譜地震動(dòng)衰減關(guān)系：ASK14，BSSA14，CB14，CY14以及I14[5-7]作為目標(biāo)譜選項(xiàng).因此，明確PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)偽加速度反應(yīng)譜地震動(dòng)衰減關(guān)系中反映的統(tǒng)計(jì)規(guī)律與我國(guó)規(guī)范相關(guān)規(guī)定之間的關(guān)系，將會(huì)對(duì)我國(guó)學(xué)者在PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)選波中的規(guī)范反應(yīng)譜參數(shù)設(shè)定提供重要參考.

由于地震動(dòng)場(chǎng)地效應(yīng)，我國(guó)GB 18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[8](以下簡(jiǎn)稱“《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版”)提供了50年超越概率10%的全國(guó)各地區(qū)Ⅱ類場(chǎng)地下的地震動(dòng)峰值加速度和反應(yīng)譜特征周期；其他場(chǎng)地類別的地震動(dòng)峰值加速度和反應(yīng)譜特征周期，需要通過(guò)反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表和場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)確定.

在《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版中，關(guān)于Ⅱ類場(chǎng)地下基本地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值、基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期分區(qū)值和反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表的規(guī)定為強(qiáng)制執(zhí)行，其他的相關(guān)規(guī)定則是建議執(zhí)行，這意味著場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)以及其他規(guī)定均可按各行業(yè)抗震規(guī)范各自執(zhí)行.

在各個(gè)行業(yè)抗震規(guī)范中，Ⅱ類場(chǎng)地下基本地震動(dòng)峰值加速度、基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期均按照《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版選??；關(guān)于反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表的規(guī)定與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版類似；而關(guān)于場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)的規(guī)定，則差異較大；關(guān)于罕遇地震反應(yīng)譜特征周期需另加增加值的規(guī)定，則差異非常大.因此，文中基于PGMD的反應(yīng)譜地震動(dòng)衰減關(guān)系，以規(guī)范反應(yīng)譜中場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)以及罕遇地震反應(yīng)譜特征周期增加值為目標(biāo)，研究我國(guó)規(guī)范反應(yīng)譜相關(guān)規(guī)定與PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)中反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)公式之間的關(guān)系，為我國(guó)學(xué)者在PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)選波時(shí)規(guī)范反應(yīng)譜的參數(shù)設(shè)定提供參考.

1 我國(guó)各行業(yè)規(guī)范相關(guān)規(guī)定的差異類比

總體上，以《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版為標(biāo)準(zhǔn)，GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[9](以下簡(jiǎn)稱“《建筑抗震規(guī)范》”)、JTG/T 2231-01—2020《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[10](以下簡(jiǎn)稱“《公路橋梁抗震規(guī)范》”)、GB 50909—2014《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[11](以下簡(jiǎn)稱“《城軌抗震規(guī)范》”)、NB 35047—2015《水電工程水工建筑物工抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[12](以下簡(jiǎn)稱“《水工抗震規(guī)范》”)、JTG B02—2013《公路工程抗震規(guī)范》[13](以下簡(jiǎn)稱“《公路抗震規(guī)范》”)、GB 50111—2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[14](以下簡(jiǎn)稱“《鐵路抗震規(guī)范》”)，各行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范的差異情況總體上為“Ⅰ類場(chǎng)地是否細(xì)分為Ⅰ0、Ⅰ1”“反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表是否同《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版”“罕遇地震時(shí)反應(yīng)譜特征周期是否加0.05 s”“場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)是否同《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版”這四個(gè)方面，具體情況見(jiàn)表1.

表1 我國(guó)各行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的差異

與場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)和反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表密切相關(guān)的是場(chǎng)地類別劃分.《公路抗震規(guī)范》和《鐵路抗震規(guī)范》關(guān)于反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表的規(guī)定，由于Ⅰ類場(chǎng)地沒(méi)有細(xì)分為Ⅰ0、Ⅰ1，僅有Ⅰ～Ⅳ場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期表，其數(shù)值同《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版Ⅰ1～Ⅳ場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期表，因此表1中以“未細(xì)分”表示.與反應(yīng)譜特征周期相關(guān)的還有“罕遇地震反應(yīng)譜特征周期增加0.05 s”的規(guī)定.由表1可見(jiàn):僅《建筑抗震規(guī)范》中有類似規(guī)定.《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版規(guī)定“罕遇地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期應(yīng)大于基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期，增加值宜不低于0.05 s”.《建筑抗震規(guī)范》中的具體規(guī)定為“罕遇地震作用時(shí)，反應(yīng)譜特征周期應(yīng)增加0.05 s”.對(duì)比二者可以看出《建筑抗震規(guī)范》的規(guī)定值，是《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的下限，因此，以“下限”表示.

關(guān)于場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)需要特別注意的是《建筑抗震規(guī)范》《鐵路抗震規(guī)范》和《公路抗震規(guī)范》.《建筑抗震規(guī)范》《鐵路抗震規(guī)范》沒(méi)有考慮不同場(chǎng)地類別對(duì)場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度的影響，而《公路抗震規(guī)范》提出了自己的場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)，且與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版有很大差別.《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)在Ⅰ0、Ⅰ1類場(chǎng)地隨設(shè)計(jì)地震峰值加速度的增加而增加，《公路抗震規(guī)范》規(guī)律則相反；在Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地隨設(shè)計(jì)地震峰值加速度的增加而減小，《公路抗震規(guī)范》的規(guī)律則為先增大后減小.具體情況見(jiàn)表2.

表2 《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版與《公路抗震規(guī)范》的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)比較

2 地震動(dòng)衰減關(guān)系與分析參數(shù)

2.1 選取地震動(dòng)衰減關(guān)系

地震動(dòng)衰減關(guān)系是一個(gè)總稱，是以震級(jí)、距離、斷層類型、場(chǎng)地類別等參數(shù)為變量，用以預(yù)測(cè)地震引起的地震動(dòng)峰值加速度、地震動(dòng)峰值速度、加速度反應(yīng)譜、位移譜等的數(shù)學(xué)函數(shù)模型.基于PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)大量的強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸，美國(guó)新一代地震動(dòng)衰減關(guān)系研究計(jì)劃NGA West2提供了5個(gè)地震動(dòng)衰減關(guān)系：ASK14，BSSA14，CB14，CY14以及I14.這五個(gè)公式所考慮的地震參數(shù)除了震級(jí)、距離、場(chǎng)地類別等基本參數(shù)外，還考慮了斷層機(jī)制、破裂方向性效應(yīng)、上盤效應(yīng)、盆地效應(yīng)、場(chǎng)地非線性反應(yīng)、余震等復(fù)雜因素.NGA West2所提供的5種地震動(dòng)衰減關(guān)系的介紹及其適用范圍見(jiàn)表3.

我國(guó)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015的場(chǎng)地局部效應(yīng)參數(shù)研究中考慮了場(chǎng)地非線性和場(chǎng)地類別的影響[15].由表3可知，僅ASK 14、BSSA 14包含了場(chǎng)地非線性影響，其中ASK 14考慮因素含包括上盤效應(yīng)、破裂方向性效應(yīng)、余震效應(yīng)，這些我國(guó)規(guī)范中沒(méi)有考慮的影響因素.因此，BSSA 14地震動(dòng)衰減關(guān)系與我國(guó)規(guī)范考慮的因素吻合性最好，因此，選取BSSA 14地震動(dòng)衰減關(guān)系，展開(kāi)我國(guó)規(guī)范場(chǎng)地效應(yīng)相關(guān)規(guī)定的對(duì)比性研究.BSSA 14地震動(dòng)衰減關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

表3 對(duì)5種地震動(dòng)衰減關(guān)系及其適用范圍的介紹

lnY=FE(M,mech)+FP(RJB,M,region)+

FS(VS,30,RJB,region,z1)+εnσ(M,RJB,VS,30)

式中：Y為阻尼比為5%的偽加速度譜值PSA(pseudo-spectral acceleration，g)或地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度PGA(peak ground acceleration，g)或地面運(yùn)動(dòng)峰值速度PGV(peak ground velocity，cm/s)；FE為震級(jí)及斷層類型函數(shù)；M為震級(jí)；mech為斷層類型；FP為路徑函數(shù)；RJB為站點(diǎn)到地震破裂面地表投影的最近距離；region為地理區(qū)域；FS為場(chǎng)地函數(shù)；Vs,30為地表以下30 m的平均剪切波速；z1為盆地深度(從地表到剪切波速為1.0 km/s土層的深度)；εn和σ為統(tǒng)計(jì)回歸誤差項(xiàng).

由于我國(guó)規(guī)范沒(méi)有考慮斷層類型、盆地深度，而且在許多情況下盆地深度z1是未知的，因此公式中斷層類型參數(shù)mech=0，不考慮此項(xiàng)影響；盆地深度z1采用默認(rèn)值(z1=0)，即不考慮盆地深度的影響.由于我國(guó)地域幅員遼闊，地理區(qū)域選用適用于全球范圍(此時(shí)region=0)；統(tǒng)計(jì)回歸誤差項(xiàng)也不考慮，即εn與σ取0.因此，在對(duì)比分析中BSSA 14主要參數(shù)是震級(jí)、距離和Vs,30.

2.2 對(duì)比分析中的參數(shù)設(shè)置

我國(guó)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版給出的全國(guó)各地區(qū)地震動(dòng)加速度峰值，是針對(duì)Ⅱ類場(chǎng)地，并以分區(qū)值表示，見(jiàn)表4.BSSA14為震級(jí)、距離、場(chǎng)地類別的函數(shù)，能給出的是在震級(jí)、距離、場(chǎng)地類別參數(shù)組合下的反應(yīng)譜曲線，而《參數(shù)區(qū)劃圖》給出的場(chǎng)地峰值調(diào)整系數(shù)表隨著峰值加速度與場(chǎng)地類別而變化.因此，在對(duì)比分析中，首先要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、建立有效的對(duì)比方式.

在BSSA 14偽加速度反應(yīng)譜地震衰減關(guān)系中，周期為零時(shí)的譜值，即為地震動(dòng)峰值加速度PGA(即表4中amax)地震衰減關(guān)系.基于此，可建立以分區(qū)值為參照的《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版場(chǎng)地峰值調(diào)整系數(shù)與BSSA 14的關(guān)系.具體過(guò)程如下：①當(dāng)Vs,30確定時(shí)，周期為零時(shí)BSSA 14即為PGA地震衰減關(guān)系，其為震級(jí)、距離的函數(shù).因此，確定Ⅱ類場(chǎng)地對(duì)應(yīng)的Vs,30，以表4的Ⅱ類場(chǎng)分區(qū)值對(duì)應(yīng)的地震峰值加速度范圍，確定各分區(qū)值所對(duì)應(yīng)的震級(jí)、距離的組合.例如，以表4中分區(qū)值0.05g、Ⅱ類場(chǎng)地峰值加速度的范圍0.04g≤amax<0.09g為例：震級(jí)以范圍4.5～8.5級(jí)、步長(zhǎng)0.1級(jí)取值；距離以5 km為步長(zhǎng)，在5～50 km范圍取值，利用BSSA 14地震動(dòng)衰減關(guān)系計(jì)算PGA；使PGA值在0.04g≤amax<0.09g范圍內(nèi)的震級(jí)和距離(km)組合為，即為[4.5～4.7，5]、[4.6～5，10]、[4.9～5.2，15]、[5～5.4，20]、[5.2～5.6，25]、[5.3～6，30]、[5.4～6.3，35]、[5.5～6.6，40]、[5.5～6.8，45]、[5.7～7，50]，共80組，其中[4.5～4.7，5]，表示震級(jí)M從4.5～4.7以步長(zhǎng)0.1均勻取值，距離均是5 km.此80組值即為比較分析中分區(qū)值0.05g對(duì)應(yīng)的震級(jí)、距離組合.②確定其他場(chǎng)地類別對(duì)應(yīng)的Vs,30，且其他場(chǎng)地峰值加速度分區(qū)值對(duì)應(yīng)震級(jí)、距離組合與Ⅱ類場(chǎng)地相同；③以BSSA 14計(jì)算各震級(jí)、距離組合下的反應(yīng)譜特征周期和地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)，取算術(shù)平均值，作為以分區(qū)值區(qū)間對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜特征周期值和地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù).

表4 地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)的峰值加速度的范圍

Vs,30為地表下30 m深度范圍內(nèi)土層的平均剪切波速，是歐美規(guī)范劃分場(chǎng)地類別的主要依據(jù).我國(guó)規(guī)范是以覆蓋土層厚度和計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的平均剪切波速為場(chǎng)地類別劃分依據(jù)，所以利用BSSA14對(duì)比我國(guó)規(guī)范規(guī)定時(shí)，需要確定Vs,30與我國(guó)場(chǎng)地類別的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

近年來(lái)關(guān)于Vs,30預(yù)測(cè)公式的研究提供了多個(gè)以小于30 m土層深度的平均剪切波速計(jì)算Vs,30的公式.文獻(xiàn)[16-18]的公式為以單一深度z處的平均剪切波速推算Vs,30的公式，適合以我國(guó)場(chǎng)地類別推算Vs,30計(jì)算.以文獻(xiàn)[16]計(jì)算我國(guó)場(chǎng)地類別對(duì)應(yīng)的Vs,30范圍為例：我國(guó)Ⅰ0、Ⅰ1場(chǎng)地，覆蓋土層厚度d=0，巖石剪切波速分別為Vs>800 m/s，Vs>500 m/s，由于文獻(xiàn)[17]公式適用的最小深度為5 m，因此，取土層厚度為5 m、平均剪切波速為Ⅰ0、Ⅰ1場(chǎng)地最小值800 m/s、500 m/s計(jì)算，可得出我國(guó)Ⅰ0、Ⅰ1場(chǎng)地對(duì)應(yīng)Vs,30的最小值分別為1 120、800 m/s.其他的Vs,30轉(zhuǎn)換公式文獻(xiàn)[16]、文獻(xiàn)[18]的計(jì)算過(guò)程均與文獻(xiàn)[17]類似，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5.

文獻(xiàn)[16]數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)加州地區(qū)，其Vs,30的覆蓋范圍為150 m/s

表5 不同學(xué)者給出的Vs,30與我國(guó)場(chǎng)地類別對(duì)應(yīng)的關(guān)系 單位：m/s

基于以上各學(xué)者的研究，本文以Vs,30=1 130，760，450，240和160 m/s為后續(xù)參數(shù)分析中Ⅰ0、Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地的典型取值.

基于地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值對(duì)應(yīng)的震級(jí)與距離組合，利用BSSA 14計(jì)算各類場(chǎng)地分區(qū)值對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜特征周期和地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版和我國(guó)各行業(yè)抗震規(guī)范相關(guān)規(guī)定進(jìn)行比較.

3 基于地震動(dòng)衰減關(guān)系的參數(shù)分析

3.1 場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)對(duì)比分析

場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)，為Fa，是非Ⅱ類場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度與Ⅱ類場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度的比值，見(jiàn)表6公式(1).公式(1)中amax是地震動(dòng)峰值加速度，即PGA，對(duì)于偽加速度譜地震震動(dòng)衰減公式BSSA 14，即為T=0時(shí)的偽加速度譜值.

文獻(xiàn)[22]認(rèn)為地震動(dòng)峰值加速度PGA不能完全代表地震動(dòng)強(qiáng)度大小，文獻(xiàn)[23]認(rèn)為從抗震的角度，有效峰值加速度EPA(effective peak acceleration)比地震動(dòng)峰值加速度PGA更優(yōu)越，PGA的偶然性偏大.文獻(xiàn)[24]認(rèn)為PGA不是反映地震作用的理想抗震設(shè)計(jì)參數(shù)，提出利用有效峰值加速度EPA代替PGA.有效峰值加速度EPA有多種定義方式具體見(jiàn)表6公式2a).文獻(xiàn)[25-27]均利用有效峰值加速度EPA計(jì)算場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa，其中文獻(xiàn)[25]采用公式2b)計(jì)算Fa，文獻(xiàn)[26]采用公式2c)計(jì)算Fa，文獻(xiàn)[27]采用公式2d)計(jì)算Fa.

在表6公式(2)中基本上均采用絕對(duì)加速度譜定義有效峰值加速度EPA，而地震動(dòng)衰減公式BSSA14為5%阻尼比下的偽加速度譜PSA預(yù)測(cè)公式.由于，在5%阻尼比的情況下，絕對(duì)加速度譜和偽加速度譜在數(shù)值上基本相同[28-30].因此，可以使用BSSA14計(jì)算的偽加速度譜PSA代替公式(2)中的絕對(duì)加速度譜，以求取有效峰值加速度EPA.

表6 場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)計(jì)算公式

由于本文使用美國(guó)地震動(dòng)衰減關(guān)系BSSA14建立我國(guó)規(guī)范參數(shù)與反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)公式之間關(guān)系，從研究目標(biāo)以及Fa計(jì)算方法與BSSA14相適應(yīng)的角度，本文采用公式(1)與公式(2)中(2b)，即分別為我國(guó)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版與美國(guó)ATC3-06規(guī)范采用的方法，分析場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù).

根據(jù)BSSA 14地震動(dòng)衰減關(guān)系計(jì)算出不同場(chǎng)地類別、距離、震級(jí)下的偽加速度反應(yīng)譜，以及各場(chǎng)地類別下地震動(dòng)峰值加速度PGA，應(yīng)用公式(1)與公式(2)中(2b)，求得場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa；然后，根據(jù)表4，對(duì)各地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值內(nèi)的不同震級(jí)、距離組合得到的Fa取算術(shù)平均值，作為該分區(qū)值下的場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa，見(jiàn)表7～8.

表7 場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)(公式(1))

由各行業(yè)抗震規(guī)范對(duì)場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa的規(guī)定，表1～2，與BSSA14的計(jì)算結(jié)果，表7～8，進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：

1)由表7～8可知，以地震動(dòng)峰值加速度PGA和有效峰值加速度EPA計(jì)算的峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa，兩者結(jié)果十分相近，誤差范圍在10%以內(nèi).

2)由表7可知，在相同設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)內(nèi)，BSSA14計(jì)算的Ⅰ0與Ⅰ1場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)計(jì)算結(jié)果差值在0.159～0.172，I1與Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)計(jì)算結(jié)果差值在0.186～0.249之間，二者數(shù)量幅度近似.表8中Ⅰ0與Ⅰ1、Ⅰ1與Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)規(guī)律同表7.由此可知，BSSA14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律與我國(guó)將Ⅰ類場(chǎng)地劃分成Ⅰ0與Ⅰ1兩個(gè)亞類的規(guī)定呼應(yīng)性較好.

表8 場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)(公式2b)

3)由表2和表7可知，《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版與BSSA14計(jì)算的場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)隨著設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度的變化規(guī)律相同，在Ⅰ0、Ⅰ1類場(chǎng)地，隨著設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度增大而增大；在Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地，均隨著設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度增大而減小.而《公路抗震規(guī)范》在Ⅰ1類場(chǎng)地則與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版和BSSA14變化規(guī)律相反，隨著設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度增大而減??；在Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地，則與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版和BSSA14變化規(guī)律不同，隨著設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度增大而先增大后減小.由此可知，當(dāng)以規(guī)范譜為目標(biāo)譜應(yīng)用PGMD選波時(shí)，若《公路抗震規(guī)范》跨規(guī)范使用，以《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的場(chǎng)地類別劃分以及對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)來(lái)取值，則與BSSA 14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律的適應(yīng)性較好.

4)由表2可知，《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版不同場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)的范圍在0.72～1.3；由表7～8可知，BSSA14計(jì)算的不同場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)的范圍在0.54～1.64，大于《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的規(guī)定范圍.因此，場(chǎng)地類別帶來(lái)的影響不可忽略，當(dāng)以規(guī)范譜為目標(biāo)譜應(yīng)用PGMD選波時(shí)，若《建筑抗震規(guī)范》、《鐵路抗震規(guī)范》跨規(guī)范使用，以《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的場(chǎng)地類別劃分以及對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)來(lái)取值，則與BSSA14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律的適應(yīng)性較好.

3.2 罕遇地震反應(yīng)譜特征周期增加值對(duì)比分析

《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版關(guān)于罕遇地震反應(yīng)譜特征周期需另加增加值的規(guī)定反映了反應(yīng)譜特征周期Tg與地面地震動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系.由于我國(guó)規(guī)范場(chǎng)地峰值加速度以分區(qū)值表示，因此，采用同3.1節(jié)相同的方法，建立與表7～8同樣的Tg隨場(chǎng)地類別與場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值的變化關(guān)系進(jìn)行分析.

確定反應(yīng)譜特征周期常用的方法主要有以下5種，見(jiàn)表9.由于BSSA14公式直接得到的是偽加速度譜曲線，方便應(yīng)用的公式是公式(1b)，因此，從研究目標(biāo)以及Tg計(jì)算方法與BSSA14相適應(yīng)的角度，本文采用公式(1b)，即美國(guó)ATC3-06規(guī)范建議的方法.

表9 反應(yīng)譜特征周期計(jì)算公式

公式(1b)所含的參數(shù)為有效峰值加速度EPA、有效峰值速度EPV(effective peak velocity)，需絕對(duì)加速度反應(yīng)譜與相對(duì)速度反應(yīng)譜才能求得，而B(niǎo)SSA 14公式是關(guān)于5%阻尼比下的偽加速度譜PSA的預(yù)測(cè)公式.在3.1節(jié)提到：5%阻尼比的情況下，絕對(duì)加速度反應(yīng)譜與偽加速度反應(yīng)譜在數(shù)值基本一致，因此，可以BSSA 14計(jì)算的偽加速度譜PSA代替公式(1b)中的絕對(duì)加速度譜，以求取有效峰值加速度EPA.文獻(xiàn)[31]提到在反應(yīng)譜中等周期短，對(duì)于有實(shí)際意義的阻尼范圍，相對(duì)速度譜與偽速度譜PSV近似相等；文獻(xiàn)[32]指出在反應(yīng)譜的中、高頻段，偽速度譜與相對(duì)速度譜非常接近，其中反應(yīng)譜中頻段對(duì)應(yīng)的頻率為0.3～2 Hz(相應(yīng)反應(yīng)譜周期值為0.5～3.3 s).公式(1b)有效峰值速度EPV是利用相對(duì)速度譜在0.5～2.0 s 周期內(nèi)的均值除以2.5求得，該周期范圍恰好位于反應(yīng)譜中頻段，因此，可以用偽速度譜PSV代替相對(duì)速度譜.偽速度譜與偽加速度譜之間為關(guān)于圓頻率的定量換算關(guān)系，因此，可以用BSSA14偽加速度譜PSA對(duì)應(yīng)的偽速度譜PSV求取有效峰值速度EPV.

以BSSA14公式得到的偽加速度譜曲線、偽速度譜曲線代替絕對(duì)加速度譜曲線、相對(duì)速度譜曲線，采用同3.1相同的方法，建立與表7～8同樣的隨場(chǎng)地類別與場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值的變化Tg，見(jiàn)表10.其中，《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版規(guī)定“罕遇地震動(dòng)峰值加速度宜按基本地震動(dòng)加速度1.6～2.3倍確定”，因此，本文中罕遇地震動(dòng)峰值加速度按基本地震動(dòng)加速度的兩倍的關(guān)系取值，即0.1～0.2g、0.15～0.3g、0.2～0.4g考查基本地震動(dòng)(設(shè)計(jì)地震動(dòng))與罕遇地震動(dòng)之間的反應(yīng)譜特征周期增量.

表10 罕遇地震時(shí)反應(yīng)譜特征周期增加值

將各行業(yè)抗震規(guī)范對(duì)反應(yīng)譜特征周期Tg的規(guī)定與BSSA14的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：

1)由表10可知:在相同的設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值內(nèi)，BSSA14公式計(jì)算的Ⅰ0與Ⅰ1場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期相差0.02～0.033 s，Ⅰ1與Ⅱ場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期相差0.042～0.118 s，二者數(shù)量幅度近似.由此可以得出，BSSA14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律與我國(guó)將Ⅰ類場(chǎng)地劃分成Ⅰ0與Ⅰ1兩個(gè)亞類的規(guī)定呼應(yīng)性較好.

2)場(chǎng)地越軟罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期的增加量越大，罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期的增加量受場(chǎng)地類別影響很大，具有場(chǎng)地效應(yīng).

3)《建筑抗震規(guī)范》“罕遇地震作用時(shí)，反應(yīng)譜特征周期應(yīng)增加0.05 s”的規(guī)定偏小；《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版規(guī)定“罕遇地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期應(yīng)大于基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期，增加值宜不低于0.05 s”，相對(duì)更合理，但是比較模糊.由表10可知:當(dāng)設(shè)計(jì)地震峰值加速度一定時(shí)，反應(yīng)譜特征周期值隨著場(chǎng)地變軟而增加；場(chǎng)地越軟罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期的增加量越大，罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期的增加量受場(chǎng)地類別影響很大，應(yīng)該按場(chǎng)地類別給出增加值.由分析可見(jiàn)，在現(xiàn)有規(guī)范框架下，利用PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)選波時(shí)，按照《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版執(zhí)行與BSSA14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律吻合性更好.

在我國(guó)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版反應(yīng)譜相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)研究中，選取的3896條水平向地震動(dòng)來(lái)自于NGA數(shù)據(jù)庫(kù)，即PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)，另外選取了112條和62條來(lái)自于汶川地震和蘆山地震，來(lái)自NGA數(shù)據(jù)庫(kù)的地震數(shù)據(jù)占(95%).因此，由3.1、3.2節(jié)分析得到PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)中的反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)規(guī)律與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版相關(guān)規(guī)定吻合性較好是合理的.

此外，3.1節(jié)研究中《公路抗震規(guī)范》場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)與《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版和BSSA 14變化規(guī)律不同，而該規(guī)范《公路抗震規(guī)范》對(duì)此參數(shù)未做說(shuō)明.通過(guò)進(jìn)一步查詢發(fā)現(xiàn)，此參數(shù)與JTG/T B02-01—2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》[33]中的該參數(shù)設(shè)置5.2.2完全相同.此細(xì)則的條文解釋中提到該參數(shù)取值是根據(jù)“統(tǒng)計(jì)的平均特征，參考美國(guó)NEHRP規(guī)范，考慮我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第一次采用場(chǎng)地系數(shù)調(diào)整幅度宜小一點(diǎn)，綜合規(guī)定的”.由此可知：《公路抗震規(guī)范》場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)是依據(jù)2008年前的研究成果；而2008年到2014、2015年也是NGA數(shù)據(jù)庫(kù)快速發(fā)展的時(shí)期，因此，此參數(shù)選取依據(jù)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版相關(guān)規(guī)定更合理、更能反映地震動(dòng)記錄相對(duì)豐富情況下的統(tǒng)計(jì)特征.

4 結(jié) 論

1)對(duì)比各個(gè)場(chǎng)地類別下，場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)和反應(yīng)譜特征周期隨我國(guó)規(guī)范地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值的變化，可以看出BSSA 14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律與我國(guó)將Ⅰ類場(chǎng)地劃分成Ⅰ0與Ⅰ1兩個(gè)亞類的規(guī)定呼應(yīng)性較好.

2)《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版與BSSA 14計(jì)算的場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)隨地震動(dòng)峰值加速度的變化規(guī)律相同.由此可見(jiàn)，當(dāng)以規(guī)范譜為目標(biāo)譜應(yīng)用PGMD選波時(shí)，若《建筑抗震規(guī)范》、《公路抗震規(guī)范》、《鐵路抗震規(guī)范》應(yīng)跨規(guī)范使用，以《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)來(lái)取值，則與BSSA14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律呼應(yīng)性較好.

3)罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期的增加值受場(chǎng)地類別影響很大，具有場(chǎng)地效應(yīng)，應(yīng)該按場(chǎng)地類別給出相應(yīng)的增加值.

4)《建筑抗震規(guī)范》對(duì)罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期增加值的規(guī)定偏小，《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版的規(guī)定相對(duì)更合理，但是比較模糊.在現(xiàn)有規(guī)范框架下，利用PGMD數(shù)據(jù)庫(kù)選波時(shí)，按照《參數(shù)區(qū)劃圖》2015版執(zhí)行“罕遇地震作用時(shí)，反應(yīng)譜特征周期至少增加0.05 s”與BSSA 14公式統(tǒng)計(jì)規(guī)律吻合性更好.

除了場(chǎng)地局部效應(yīng)相關(guān)的地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)、罕遇地震下反應(yīng)譜特征周期增加值以外，規(guī)范反應(yīng)譜的定義還包含動(dòng)力放大系數(shù)、下降段函數(shù)等參數(shù)，關(guān)于其他參數(shù)的相關(guān)研究，將在后續(xù)研究中展開(kāi).