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2008年5月12日14点28分,中国四川省汶川县发生了MS8.0的特大地震,造成了惨重的人员伤亡、财产损失和自然环境破坏。对地震工程界而言,及时有效地处理地震中获得的强震记录数据并对其特性及规律进行全面系统的总结,不仅有助于深入揭示本次地震的发震机制、成灾机理及灾害规律,也有助于更新对灾害性大地震的已有认识,提高公众的防灾减灾能力和意识,是一项重要的基础性研究工作。 汶川地震作为一次板块内地质构造地震,其呈现出的大震级、逆冲震源机制、断层破裂尺度大、破裂过程在时空上的复杂性和长持时等特点都是少见的,不难推断这次地震的强地面运动也将表现出一些独特的性质。这次地震中,国家地震台网记录到一批珍贵的数字强震记录,丰富了我国强震记录数据库。然而遗憾的是,地震三周年即将过去,对这批强震记录的特性分析仍较显零散,特别对科研和抗震设计中较为关心的一些工程特性,更是缺少全面系统的分析。 传统的幅值、频谱和持时等三要素表征了地震动的基本特性,是分析一次地震强震动的首选内容。关于三要素特性的研究,目前已有比较成熟的方法和手段,因此,论文将地震动的三要素特性作为一项基本研究内容。另外,地震动的非平稳特性近年来也逐渐受到重视,因其对工程结构的强震反应有显著影响。目前关于地震动的强度和频率非平稳特性的研究已有一定成果,以现有的方法和工具为基础,论文将地震动的强度和频率非平稳特性作为研究工作的另一个重要方面。 根据所界定的上述研究范围,论文对汶川地震强震动的工程特性展开系统研究,主要工作和取得的成果有以下三个方面: 1.从所有400多组记录中筛选出具有工程价值的强震记录,并对其进行了校正处理,为后续地震动的工程特性分析及结构抗震设计与分析提供了可靠的基础数据资料;识别出了具有大速度脉冲的强震记录,并探讨了脉冲成分的特性。 2.分析了强震记录的幅值、频谱及持时特性及衰减规律,并与已有的研究成果和结论进行对比,表明:在幅值方面,PGA数值基本相当于预测结果,但衰减更慢,IA数值远高于预测;在频谱方面,与大多数强烈地震相比,汶川地震强震动表现出高频段成分比较丰富、随断层距衰减快的特点;在持时方面,汶川地震强震动能量持时(T90和T70)则完全超过已有持时模型的预测结果,呈现出持时长的特点。 3.采用分段包线模型分析了汶川地震强震动的强度非平稳特性及衰减规律,发现强度平稳段具有时间更长;提出了适合多次断层破裂的双平稳段分段强度包线模型,可较好地描述具有双平稳段的强震动的能量—时间分布特征,论文基于该模型探讨了双平稳段强震动的空间分布特征及规律;采用指数衰减模型分析了强震记录的瞬时频率频率以研究其频率非平稳特性,发现瞬时频率具有频率数值大、随时间衰减慢、带宽较宽的特点。 论文对汶川地震强震记录的处理和三要素及非平稳特性的全面分析,不仅有助于揭示此次地震的成灾机理和灾害规律,更新对类似汶川地震这种特大地震的已有认识,也为结构抗震设计与分析提供了具有工程价值的地震动输入数据,为结构抗震设计中(特别是高烈度区、大震条件下)如何选择合理的地震动输入提供了有益的参考。