基于特征分類排序的典型海底地震動(dòng)記錄研究1

田 浩 胡進(jìn)軍 譚景陽 崔 鑫 石 昊

1）中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱 150080

2）中國地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱150080

引言

隨著全球海洋開發(fā)的興起，各類海域工程不斷興建，其多處于地震頻發(fā)帶，需考慮地震的影響。進(jìn)行海域結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)，輸入地震動(dòng)的選取是重要環(huán)節(jié)，真實(shí)海底地震動(dòng)可為海域工程輸入提供需求。1979-1980年美國在南加州地區(qū)建立了海底地震觀測系統(tǒng)（SEMS），為海洋石油系統(tǒng)記錄了海底地震（Boore 等，1999）。1996 年日本建立了地震和海嘯監(jiān)測系統(tǒng)（ETMC），用于實(shí)時(shí)監(jiān)測東京都市圈附近的海底地震與海嘯。SEMS、ETMC 等早期運(yùn)行的系統(tǒng)為海底地震研究提供了寶貴觀測數(shù)據(jù)。海底地震觀測系統(tǒng)的發(fā)展對相關(guān)研究有重要推動(dòng)作用，胡進(jìn)軍等（2017a）基于K-NET 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)日本濱海地區(qū)不同震源類型下的地震動(dòng)衰減關(guān)系存在明顯差異；周旭彤等（2021）基于DONET1 數(shù)據(jù)，應(yīng)用HVSR 方法研究海底場地效應(yīng)分組時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)考慮地形和臺站布設(shè)方式的綜合影響；Dhakal等（2021）基于S-net 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)陸地和S-net 臺網(wǎng)觀測到地震動(dòng)的PGA 及自振周期＜0.5 s 的加速度反應(yīng)譜譜值基本一致，而S-net 觀測到地震動(dòng)的PGV 和自振周期約為0.5 s 的加速度反應(yīng)譜譜值明顯較大。

在各類陸域工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，對地震動(dòng)的輸入要求均有關(guān)于實(shí)際地震動(dòng)的規(guī)定。我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016）規(guī)定，選用場地相關(guān)的實(shí)際強(qiáng)震動(dòng)記錄不應(yīng)少于總數(shù)的2/3。歐洲規(guī)范Eurocode8: Design of Structures for Earthquake Resistance-Part 1（CEN，2005）規(guī)定：在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中應(yīng)選取3 組以上實(shí)際地震動(dòng)作為輸入地震動(dòng)。美國FEMA-355 報(bào)告（SAC Joint Venture, 2000）給出了44 條遠(yuǎn)場和56 條近場地震動(dòng)作為推薦輸入地震動(dòng)。

目前，我國尚未制定專門的海洋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，針對海底地震動(dòng)的研究主要聚焦于理論分析、數(shù)值模擬和海域地震動(dòng)特征統(tǒng)計(jì)分析等。朱鏡清（1988）對地震激勵(lì)下海水和海床土耦合運(yùn)動(dòng)問題進(jìn)行力學(xué)分析，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，研究了海底振動(dòng)時(shí)海水流場解析解。胡進(jìn)軍等（2014）綜述了我國南海地區(qū)地震環(huán)境，建議充分考慮海域地震特征的影響。Diao 等（2014）通過研究海水對海底入射的P 波和SV 波影響，發(fā)現(xiàn)海水對P 波的影響遠(yuǎn)比SV 波顯著。陳寶魁等（2014）研究表明，當(dāng)周期＜1.5 s 時(shí)，若以陸地地震動(dòng)代替海底地震動(dòng)計(jì)算強(qiáng)度折減系數(shù)譜，會(huì)導(dǎo)致偏于不安全的結(jié)果。譚景陽等（2021b）對海底與陸地地震動(dòng)反應(yīng)譜進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明需考慮海底與陸地彈性反應(yīng)譜和彈塑性反應(yīng)譜之間的差異，應(yīng)根據(jù)震源類型、震級和距離對其進(jìn)行調(diào)整。王篤國等（2021）研究表明，場地土越軟，地震動(dòng)輸入強(qiáng)度越大，PGA 放大系數(shù)越大，反應(yīng)譜特征周期越大。李小軍等（2021）揭示了SBSR/HVSR 與HVSR 呈對數(shù)線性分布的統(tǒng)計(jì)特征，并給出了定量關(guān)系。對于海域工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)而言，由于其地震環(huán)境和場地等因素與陸地地震動(dòng)有明顯差異，應(yīng)采用由海底地震動(dòng)記錄組成的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，以更好地滿足設(shè)計(jì)需求。

進(jìn)行工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)格外關(guān)注具有典型特征的地震動(dòng)記錄，如高頻地震動(dòng)對短周期結(jié)構(gòu)具有較大影響，長持時(shí)地震動(dòng)對結(jié)構(gòu)造成累積損傷，大位移地震動(dòng)使海域長周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的響應(yīng)。因此本文考慮海底地震動(dòng)峰值、持時(shí)、頻率特征，并按各地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)值進(jìn)行排序，為海域工程輸入地震動(dòng)的選取提供數(shù)據(jù)庫。

1 海底地震動(dòng)數(shù)據(jù)

1.1 臺站和數(shù)據(jù)概況

1996 年日本在東京都市圈南部相模灣海域安裝了地震海嘯監(jiān)測系統(tǒng)（ETMC），該系統(tǒng)包括6 個(gè)海底臺站（KNG201～KNG206），海水深度為900～2 300 m（胡進(jìn)軍等，2013），6 個(gè)海底臺站間隔為10～20 km，目前ETMC 已獲得包括2011 年“3·11”東日本大地震在內(nèi)的海底強(qiáng)地震記錄，臺站分布情況如圖1 所示。

圖1 ETMC 系統(tǒng)海底臺站分布Fig. 1 Distribution of seafloor stations of ETMC system

本文收集了6 個(gè)臺站2006-2020 年所有海底地震事件，篩選震中距＜300 km 且矩震級為4.0～7.0 級的海底地震動(dòng)記錄。為保證所選地震動(dòng)記錄的全面性，略放大遠(yuǎn)場大地震震中距，因此對于7 級以上的大地震，將震中距限制在500 km 以內(nèi)，數(shù)據(jù)庫中共有949組海底地震動(dòng)記錄，矩震級與震中距分布情況如圖2所示。

圖2 海底地震記錄矩震級與震中距分布Fig. 2 Distribution of moment magnitude and epicentral distance of seafloor ground motion records

1.2 數(shù)據(jù)處理

未經(jīng)處理的海底地震動(dòng)記錄中不僅含有地震動(dòng)信息，同時(shí)含有噪聲，可通過濾波的方式濾掉對工程不敏感的低頻和高頻分量。另外，受儀器傾斜、移位及環(huán)境噪聲等因素影響，地震動(dòng)時(shí)程偏離零基線位置，因此需進(jìn)行基線校正。本文采用Boore 等（Boore，2004；Boore 等，2005）提出的基線校正方法，濾波處理時(shí)采用因果濾波器（周寶峰，2012），濾波帶寬為0.1～25.0 Hz。

1.3 震源類型劃分

為考慮震源特征差異，需按照震源對地震動(dòng)類別進(jìn)行劃分（胡進(jìn)軍等，2017b）。根據(jù)俯沖傾斜角度及巖石圈厚度，可將俯沖帶地震劃分為板緣地震與板內(nèi)地震（Tichelaar 等，1991）。Zhao 等（2015）根據(jù)全球俯沖帶模型，將俯沖帶地震分為淺地殼地震（UM）、上地幔地震（SC）、板緣地震（IF）和板內(nèi)地震（SL）。本文采用Zhao 等（2015）提出的震源分類方法，將地震劃分為4 類。在分類過程中，通過Hayes 等（2018）提出的全球俯沖帶模型（Slab 2.0）獲取俯沖帶信息。經(jīng)分類后，得到429 組板內(nèi)地震記錄、74 組板緣地震記錄、228 組上地幔地震記錄、218 組淺地殼地震記錄。

2 按峰值分類推薦

2.1 高PGA 地震動(dòng)

PGA 是描述地震動(dòng)強(qiáng)度最常用的參數(shù)，也是地震動(dòng)衰減研究中的基本參數(shù)，可與其他地震動(dòng)參數(shù)組合得到復(fù)合強(qiáng)度指標(biāo)或矢量強(qiáng)度指標(biāo)（Yakhchalian 等，2019）。Bommer 等（2000）通過PGA 典型值確定了地震動(dòng)衰減的對數(shù)模型。鐘德理等（2004）以PGA 為易損性曲線坐標(biāo)，用PGA 代替相對模糊的、定性的烈度概念，符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2004）。Zhu 等（1988）通過計(jì)算PGA/PGV，發(fā)現(xiàn)低PGA/PGV 地震動(dòng)一般較高PGA/PGV 地震動(dòng)具有更長的強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間。葉列平等（2009）發(fā)現(xiàn)以PGA 為代表的第1 類強(qiáng)度指標(biāo)與短周期結(jié)構(gòu)的相關(guān)性較高。短周期結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)主要受PGA 控制，該類結(jié)構(gòu)被稱為加速度敏感型結(jié)構(gòu)。為給海域加速度敏感型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和評估提供依據(jù)，本文推薦了不同震源機(jī)制下基于PGA 排序的前20 名條海底地震動(dòng)記錄，如表1 所示。

表1 基于PGA 排序的海底地震動(dòng)記錄Table 1 Recommended seafloor ground motion records based on PGA ranking

3 條PGA 較大的典型地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線如圖3 所示，對應(yīng)記錄的加速度反應(yīng)譜如圖4 所示，3 條記錄的震中距均＜10 km，為典型的近場地震動(dòng)。由圖4 可知，3 條地震動(dòng)反應(yīng)譜峰值較大，最大值＞1 000 Gal，因此該地震動(dòng)易對加速度敏感型海洋結(jié)構(gòu)造成較大影響。但3 條地震動(dòng)記錄頻率成分不同，導(dǎo)致反應(yīng)譜峰值出現(xiàn)的周期點(diǎn)不同，對不同自振周期結(jié)構(gòu)的影響存在較大差異。

圖3 典型高PGA 地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線Fig. 3 Typical high PGA ground motion acceleration time history curve

圖4 典型高PGA 地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜Fig. 4 Typical high PGA ground motion acceleration response spectrum

2.2 高PGV 地震動(dòng)

峰值速度（PGV）也是常見的地震動(dòng)參數(shù)，Neumann（1960）認(rèn)為PGV 相較于PGA 可更好地反應(yīng)地震動(dòng)強(qiáng)度。日本以速度為烈度物理標(biāo)準(zhǔn)，編制了全國等地震動(dòng)速度線（郝敏等，2005）。Akkar 等（2008）用PGV 估計(jì)了非線性振蕩器峰值位移，發(fā)現(xiàn)由廣義矩量法計(jì)算的PGV 值可恰當(dāng)?shù)靥幚碇匾卣饎?dòng)參數(shù)對位移反應(yīng)譜譜值（Sd）的影響。Masi 等（2011）開展RC 框架結(jié)構(gòu)地震易損性研究，認(rèn)為通過PGV 選擇天然和合成加速度記錄較PGA 合適。葉列平等（2009）發(fā)現(xiàn)PGV 在中周期范圍內(nèi)與結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的相關(guān)程度較高，且PGV 具有較好的工程使用簡便性，PGV 是基于性能設(shè)計(jì)和評價(jià)較合適的單一地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。為給速度敏感型海域工程結(jié)構(gòu)提供可選擇的典型地震動(dòng)輸入，本文推薦了不同震源機(jī)制下PGV 排名前20 名的海底地震動(dòng)記錄，如表2 所示。

表2 基于PGV 排序的海底地震動(dòng)記錄Table 2 Recommended seafloor ground motion records based on PGV ranking

3 條PGV 排序靠前的地震動(dòng)速度時(shí)程曲線、速度反應(yīng)譜如圖5、圖6 所示。由圖可知，3 條記錄的速度反應(yīng)譜峰值較大，最大值＞70 cm/s，因此該地震動(dòng)易對速度敏感型海洋結(jié)構(gòu)造成較大影響，選用本文給出的高PGV 類海底地震動(dòng)作為結(jié)構(gòu)自振周期適中的速度敏感型海洋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和評估輸入地震動(dòng)較合適，且可為RC 框架結(jié)構(gòu)易損性分析提供合適的輸入地震動(dòng)。

圖5 典型高PGV 地震動(dòng)速度時(shí)程曲線Fig. 5 Typical high PGV ground motion acceleration time history curve

圖6 典型高PGV 地震動(dòng)速度反應(yīng)譜Fig. 6 Typical high PGV ground motion velocity response spectrum

2.3 高PGD 地震動(dòng)

峰值位移（PGD）同樣是重要的地震動(dòng)參數(shù)。王飛（2016）通過研究峰值位移對鋼結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)PGD 對短周期結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響較小，但對自振周期較大的結(jié)構(gòu)影響顯著。郝明輝等（2017）通過研究PGD 對SDOF 體系地震響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著PGD 的增大，中長周期SDOF 體系彈塑性位移、永久位移和速度增大，且增大效應(yīng)對彈塑性位移的影響更顯著。譚景陽等（2021a）對長周期海底地震動(dòng)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)PGD 和SDOF 體系位移需求的相關(guān)性程度最高，對于不同強(qiáng)度折減系數(shù)的單自由度體系，位移需求和PGD 的相關(guān)性離散性最小。因此在海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮PGD，為給位移敏感型海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評估提供可選擇的典型輸入地震動(dòng)，本文推薦了不同震源機(jī)制下PGD 排序前20 名的海底地震動(dòng)記錄，如表3 所示。

表3 基于PGD 排序的海底地震動(dòng)記錄Table 3 Recommended seafloor ground motion records based on PGD ranking

3 條PGD 較大的地震動(dòng)位移時(shí)程曲線如圖7 所示，所選記錄的位移反應(yīng)譜如圖8 所示。由圖8 可知，3條地震動(dòng)位移反應(yīng)譜峰值較大，且幅值出現(xiàn)在長周期位置。因此高PGD 類海底地震動(dòng)易對長周期位移敏感型，尤其對延性較差的海洋結(jié)構(gòu)造成較大影響，該類地震動(dòng)可為海洋長周期結(jié)構(gòu)，尤其是SDOF 體系位移驗(yàn)算提供輸入地震動(dòng)（譚景陽等，2021a）。

圖7 典型高PGD 地震動(dòng)位移時(shí)程曲線Fig. 7 Typical high PGD ground motion acceleration time history curve

圖8 典型高PGD 地震動(dòng)位移反應(yīng)譜Fig. 8 Typical high PGD ground motion velocity response spectrum

3 按持時(shí)分類推薦

3.1 長持時(shí)地震動(dòng)

作為地震動(dòng)三要素之一，持時(shí)是重要的地震動(dòng)參數(shù)。長持時(shí)地震動(dòng)會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞（袁峰等，2018）。Ds5-95為Arias 烈度與總Arias 烈度比值由5%增至95%所經(jīng)歷的時(shí)間，Ds5-75為 Arias 烈度與總 Arias烈度比值由5%增至 75% 所經(jīng)歷的時(shí)間，二者是目前工程實(shí)踐中應(yīng)用較廣泛的持時(shí)參數(shù)，本文選用Ds5-95作為長持時(shí)地震動(dòng)數(shù)據(jù)的推薦依據(jù)。本文給出不同震源機(jī)制下Ds5-95排序前20 名的海底地震動(dòng)記錄，如表4所示。

表4 基于Ds5-95 排序的海底地震動(dòng)記錄Table 4 Recommended seafloor ground motion records based on Ds5-95 ranking

Ds5-95排序靠前且PGA 較大的3 條海底地震動(dòng)記錄加速度時(shí)程曲線如圖9 所示，歸一化的Arias 烈度時(shí)程曲線如圖10 所示。3 條地震動(dòng)記錄的PGA 均為20～30 Gal。由圖10 可知，3 條地震動(dòng)能量釋放較緩慢，Ds5-95較大，可能對結(jié)構(gòu)造成疲勞損傷。因此，該類記錄可用于海洋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)評估過程中的疲勞驗(yàn)算，也可用于動(dòng)力、靜力設(shè)計(jì)方法的對比研究。

圖9 典型長持時(shí)地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線Fig. 9 Acceleration time history of typical long duration ground motion curve

圖10 典型長持時(shí)地震動(dòng)歸一化Arias 烈度時(shí)程曲線Fig. 10 Normalized Arias intensity time history of typical long duration ground motion

3.2 短持時(shí)地震動(dòng)

短持時(shí)地震動(dòng)能量在較短時(shí)間內(nèi)迅速釋放，會(huì)對結(jié)構(gòu)造成較大的沖擊。已有研究發(fā)現(xiàn)近斷層地震動(dòng)具有短持時(shí)的特點(diǎn)（顏桂云等，2018），當(dāng)?shù)卣饎?dòng)能量主要集中于高頻段時(shí)，長周期結(jié)構(gòu)瞬態(tài)位移反應(yīng)隨著結(jié)構(gòu)周期的增大持續(xù)增大，有高于共振位移的可能（王博等，2013）。由于Ds5-75和Ds5-95均通過Arias 烈度定義，且含有能量因素，因此選擇Ds5-75/Ds5-95作為本文推薦的短持時(shí)地震動(dòng)量化指標(biāo)。Ds5-75/Ds5-95越小，說明能量釋放越快，符合短持時(shí)地震動(dòng)定義。為給短持時(shí)地震動(dòng)研究提供依據(jù)，本文給出了不同震源機(jī)制下Ds5-75/Ds5-95排序前20 名的海底地震動(dòng)記錄，如表5 所示。

表5 基于Ds5-75/Ds5-95 排序的海底地震動(dòng)記錄Table 5 Recommended seafloor ground motion records based on Ds5-75/Ds5-95 ranking

選取編號為KNG2010604210250.EW 的海底地震動(dòng)作為典型地震動(dòng)進(jìn)行分析，該地震動(dòng)震級為7 級，震中距為76.44 km，PGA 較大，達(dá)123.29 Gal，且大部分能量在30.24 s 內(nèi)迅速釋放，屬于典型的短持時(shí)地震動(dòng)。本條地震動(dòng)加速度及Arias 烈度時(shí)程曲線如圖11 所示，由圖可知，本條地震動(dòng)能量釋放迅速。本條地震動(dòng)記錄的加速度反應(yīng)譜如圖12 所示，由圖可知，由于能量釋放較集中，反應(yīng)譜峰值較大，接近300 Gal，可為結(jié)構(gòu)瞬態(tài)位移反應(yīng)研究等提供輸入地震動(dòng)。

圖11 KNG2010604210250.EW 加速度時(shí)程及Arias 烈度時(shí)程曲線Fig. 11 Acceleration and Arias intensity time history curve of KNG2010604210250.EW

圖12 KNG2010604210250.EW 加速度反應(yīng)譜Fig. 12 Acceleration response spectrum of KNG201060 4210250.EW

4 按頻率分類推薦

4.1 低頻地震動(dòng)

地震動(dòng)頻譜特性在結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)等研究中應(yīng)用廣泛，不同自振周期的結(jié)構(gòu)對低頻、高頻海底地震動(dòng)敏感程度不同?？绾４髽虻群Ｑ蠼Y(jié)構(gòu)自振周期較長，為防止海洋結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，海洋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意低頻地震動(dòng)的影響（謝禮立等，1990）。廖述清等（2005）發(fā)現(xiàn)在低頻地震動(dòng)作用下，高層結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)大于短周期地震動(dòng)作用。李雪紅等（2014）通過相關(guān)參數(shù)定義了低頻地震動(dòng)識別參數(shù)βl，用于識別相應(yīng)的地震動(dòng)，該參數(shù)在低頻成分豐富的地震動(dòng)研究中使用較廣泛，本文采用上述方法識別低頻地震動(dòng)記錄。李雪紅等（2014）研究結(jié)果表明，βl＞0.4 時(shí)地震動(dòng)為低頻成分豐富的地震動(dòng)。本文基于選出不同震源機(jī)制下βl＞0.4 的低頻成分豐富的海底地震動(dòng)數(shù)據(jù)，如表6 所示。

表6 基于低頻地震動(dòng)識別參數(shù)βl 排序的海底地震動(dòng)記錄（從大到?。㏕able 6 Recommended seafloor ground motion records based on defining parameters（βl） of low frequency （from large to small）

選取編號為KNG2041103111446.NS 的海底地震動(dòng)記錄作為典型地震動(dòng)進(jìn)行分析，該地震動(dòng)記錄震級為9.0 級，震中距為462.2 km，βl=0.44。為描述典型低頻地震動(dòng)，選取編號為KNG2031901080135.EW 的高頻記錄作為對比，其震級為4.1 級，震中距為34.5 km，βl=0.001。所選的2 條海底地震動(dòng)記錄加速度時(shí)程曲線如圖13 所示，對應(yīng)記錄的傅里葉譜如圖14 所示。由圖14 可知，編號為KNG2041103111446.NS 的地震動(dòng)記錄頻率＜1 Hz 的低頻成分豐富，該地震動(dòng)可用于頻域角度海洋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)研究，尤其是在自振周期較長的海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要參考價(jià)值。

圖13 典型低頻地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線Fig. 13 Acceleration time history of typical low frequency ground motion

圖14 典型低頻地震動(dòng)傅里葉譜及其對比Fig. 14 Fourier spectrum of typical low frequency ground motion and its curve of comparison

4.2 高頻地震動(dòng)

高頻地震動(dòng)不僅對短周期結(jié)構(gòu)的破壞能力極強(qiáng)，易與其發(fā)生共振現(xiàn)象，且會(huì)使長周期結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)。吳琛等（2011）發(fā)現(xiàn)當(dāng)高頻地震動(dòng)作用于長周期結(jié)構(gòu)的低階振型時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)受瞬態(tài)振動(dòng)影響顯著。因此，高頻地震動(dòng)對海域長、短周期結(jié)構(gòu)均有較大的影響，但響應(yīng)機(jī)理不同。近場地震動(dòng)高頻成分豐富，李雪紅等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)βl＜0.2 時(shí)，地震動(dòng)高頻成分占主導(dǎo)，因此本文推薦近場高頻地震動(dòng)的依據(jù)為震中距＜20 km，且βl＜0.2。在949 組不同震源機(jī)制下的海底地震動(dòng)記錄中，近場地震動(dòng)有20 組，均滿足βl＜0.2 的條件，如表7 所示。

表7 基于低頻地震動(dòng)識別參數(shù)βl 排序的海底地震動(dòng)記錄（從小到大）Table 7 Recommended seafloor ground motion records based on defining parameters（βl）of low frequency （from small to large）

選取編號為KNG2061912140324.NS 的海底地震動(dòng)作為典型地震動(dòng)進(jìn)行分析，該地震動(dòng)記錄震級為4.3 級，震中距為9.9 km，βl=0.005，是典型的近場高頻地震動(dòng)。為描述典型高頻地震動(dòng)，選取編號為KNG2051103111515.NS 的低頻地震動(dòng)進(jìn)行比較，震級為7.7 級，震中距為211.5 km，βl=0.60。所選的2 條海底地震動(dòng)記錄加速度時(shí)程曲線如圖15 所示，傅里葉譜如圖16 所示。由圖16 可知，編號為KNG20619 12140324.NS 的地震動(dòng)頻率＞1 Hz 的高頻成分豐富，海域短周期結(jié)構(gòu)對此地震動(dòng)較敏感，因此該地震動(dòng)可為短周期海洋結(jié)構(gòu)激勵(lì)響應(yīng)和長周期結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)研究提供合適的輸入地震動(dòng)。

圖15 典型近場高頻地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線Fig. 15 Acceleration time history of typical high frequency ground motion

圖16 典型近場高頻地震動(dòng)傅里葉譜Fig. 16 Fourier spectrum of typical high frequency ground motion and its curve of comparison

5 結(jié)論

本文基于日本K-NET 的ETMC 海底地震動(dòng)數(shù)據(jù)，篩選出可供工程輸入的949 組海底地震動(dòng)，并按照震源類型對海底地震動(dòng)進(jìn)行分類，分析峰值、持時(shí)和頻率等地震動(dòng)特征。面向不同結(jié)構(gòu)的抗震需求，分別基于地震動(dòng)幅值（PGA、PGV 和PGD）、能量持時(shí)（長持時(shí)和短持時(shí)）及長周期識別參數(shù)對海底地震動(dòng)進(jìn)行排序推薦，給出具有典型地震動(dòng)特征的記錄，并建立基于地震動(dòng)分類排序的海底地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫，結(jié)果可為海域工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和評估提供初選的輸入海底地震動(dòng)。致謝 感謝日本K-NET 臺網(wǎng)2https://www.kyoshin.bosai.go.jp/對本文提供的數(shù)據(jù)支持。