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    基墩高度对强震动记录的影响及应用研究

    周宝峰 宋泉 任叶飞 温瑞智 陈相兆

    周宝峰, 宋泉, 任叶飞, 温瑞智, 陈相兆, 2024. 基墩高度对强震动记录的影响及应用研究. 地球科学, 49(2): 414-424. doi: 10.3799/dqkx.2023.149
    引用本文: 周宝峰, 宋泉, 任叶飞, 温瑞智, 陈相兆, 2024. 基墩高度对强震动记录的影响及应用研究. 地球科学, 49(2): 414-424. doi: 10.3799/dqkx.2023.149
    Zhou Baofeng, Song Quan, Ren Yefei, Wen Ruizhi, Chen Xiangzhao, 2024. The Study on the Influence and Application of Foundation Pier Height on Strong Motion Records. Earth Science, 49(2): 414-424. doi: 10.3799/dqkx.2023.149
    Citation: Zhou Baofeng, Song Quan, Ren Yefei, Wen Ruizhi, Chen Xiangzhao, 2024. The Study on the Influence and Application of Foundation Pier Height on Strong Motion Records. Earth Science, 49(2): 414-424. doi: 10.3799/dqkx.2023.149

    基墩高度对强震动记录的影响及应用研究

    doi: 10.3799/dqkx.2023.149
    基金项目: 

    中央级公益性研究所所长基金 2022C05

    黑龙江省自然科学联合引导基金 LH2022E120

    科技部重大研发国际合作 2018YFF0109800

    详细信息
      作者简介:

      周宝峰(1978-),男,副研究员,主要从事强震观测和地震动特性研究. ORCID:0009-0009-5541-0000.E-mail:zbf166@126.com

      通讯作者:

      任叶飞, ORCID:0000-0003-1097-8259.E-mail: renyefei@iem.ac.cn

    • 中图分类号: P315

    The Study on the Influence and Application of Foundation Pier Height on Strong Motion Records

    • 摘要: 强震动观测的加速度仪通常是固定安装在一定高度的混凝土基墩上,不能完全反映理想自由场地的地震动.为研究基墩高度对于强震动记录的影响,设计了3种高度不同、截面尺寸相同的基墩,通过地震模拟振动台实验,以基岩记录作为地震动输入,分析基墩高度对于强震动记录的时频特性影响,并结合数值模拟进行了验证,同时对泸定地震51SMM台站记录通过滤波修订到标准基墩.研究结果表明:不同高度基墩,对于水平向PGA、PGV、PGD影响整体随着高度增大而增大,对于垂直地震动,PGA与PGV幅值均缩小;与其他频带相比,0.5~7 Hz范围内的傅里叶幅值谱,0.6 m和1.2 m高的基墩影响较小,2.0 m高的基墩影响最大;高度较小基墩对反应谱影响较小.通过以上实验表明滤波修订不同高度的基墩效果较好,在代码为51SMM强震动台站记录中得到较好应用,同时应避免采用高度超过1.2 m的基墩用于强震动观测.

       

    • 图  1  振动台试验不同高度基墩

      Fig.  1.  Foundation piers of different Height

      图  2  强震仪

      Fig.  2.  Strong motion instrumentation

      图  3  宝兴地办台站加速度时程图

      Fig.  3.  Acceleration time history of BXD station

      图  4  基墩模型结构图

      Fig.  4.  Structural model view of foundation pier model

      图  5  基墩模型网格划分

      Fig.  5.  Meshing division of foundation pier model

      图  6  2.0 m基墩墩顶模拟与实验的加速度时程对比(东西向)

      Fig.  6.  Acceleration time history of 2.0 m foundation pier top simulation and experiment (EW)

      图  7  模拟与实验得到的各基墩墩顶记录的傅里叶幅值谱以及两者的谱比(东西向)

      Fig.  7.  Fourier amplitude spectrum and spectrum ratio recorded at the top of the base pier for simulation and experiment (EW)

      图  8  模拟与实验得到的各基墩墩顶记录的绝对加速度反应谱(东西)

      Fig.  8.  Absolute acceleration response spectra at the top of the base pier for simulation and experiment(EW)

      图  9  模拟与实验得到的各基墩墩顶记录的相对速度反应谱(东西)

      Fig.  9.  Relative velocity response spectra at the top of the base pier for simulation and experiment(EW)

      图  10  模拟与实验得到的各基墩墩顶记录的相对位移反应谱(东西)

      Fig.  10.  Relative displacement response spectra at the top of the base pier for simulation and experiment(EW)

      图  11  振动台试验不同高度基墩加速度时程(东西向)

      Fig.  11.  Shaking table test acceleration time history of different height pier(EW)

      图  12  振动台试验不同高度基墩傅里叶幅值谱(东西、南北、垂直向)

      Fig.  12.  Fourier amplitude spectrum of different height pier(EW, NS, UD)

      图  13  校正与标准加速度时程及傅里叶幅值谱(EW)

      Fig.  13.  Correction and standard acceleration time history and Fourier amplitude spectra (EW)

      图  14  台站周围环境

      Fig.  14.  Surrounding environment of the strong motion station

      图  15  水平向PGA衰减特征

      Fig.  15.  Attenuation of horizonal PGA

      图  16  加速度时程及反应谱(东西向)

      Fig.  16.  Acceleration time history and response spectra(EW)

      表  1  加速度峰值

      Table  1.   PGA

      方向 基墩高度(m)
      0.6 1.2 2.0
      东西 748.0(881.7) 825.0(897.5) 1 830.0(1 280.3)
      南北 731.0(737.3) 1 030.0(763.4) 1 960.0(1 350.7)
      垂直 510.0(561.8) 542.0(564.6) 331.0(568.7)
      注:括号外为试验数据,括号内为模拟数据,单位:gal
      下载: 导出CSV

      表  2  振动台试验不同高度基墩速度峰值比(%)

      Table  2.   The ratios of PGV for different height pier(%)

      方向 基墩高度(m)
      0.6 1.2 2.0
      东西 87.2 75.9 197.2
      南北 103.6 102.7 225.9
      垂直 95.6 98.2 58.8
      下载: 导出CSV

      表  3  振动台试验不同高度基墩位移峰值比(%)

      Table  3.   The ratios of PGD for different height pier(%)

      方向 基墩高度(m)
      0.6 1.2 2.0
      东西 125.0 125.0 200.0
      南北 116.7 166.7 233.3
      垂直 100.0 100.0 60.0
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      表  4  校正记录和标准基墩记录傅里叶幅值谱的相关性(EW)

      Table  4.   Correlation of Fourier Amplitude Spectrum between Correction Record and Standard Base Pier Record(EW)

      序号 高通截止频率 低通截止频率 PGA
      (cm/s2
      相关系数
      0.01 25 -542.4 0.96
      0.01 30 -618.3 0.97
      0.01 32 -667.6 0.97
      0.01 35 -738.2 0.97
      0.01 36 -758.1 0.97
      0.01 40 -819.7 0.96
      0.05 30 -618.3 0.97
      0.10 30 -617.8 0.97
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    出版历程
    • 收稿日期:  2023-02-22
    • 刊出日期:  2024-02-25

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