Опыт экспресс-оценок спектров реакции по спектрам Фурье ускорений колебаний грунта при землетрясениях
Authors: Чернов Ю.К. 
Published: December 2024

Актуальность работы. В Российской Федерации и за рубежом накоплен значительный объем данных о спектрах Фурье колебаний грунтов при сильных землетрясениях. В отечественной практике эти данные используются, в том числе, для оценок спектров реакции колебаний грунта, необходимых для антисейсмического проектирования. Однако процедуры такого рода пересчетов относительно сложны и трудоемки. Поэтому на данный момент полезно дополнительно иметь и более простые, но обладающие приемлемой точностью способы таких расчетов. Разработке варианта решения этой задачи и посвящено настоящее исследование. Цель исследований. Разработка новых моделей для вероятностного описания спектров реакции ускорений колебаний грунта при землетрясениях разной величины и удаленности. Объект исследований. Эмпирические функции затухания с расстоянием спектров колебаний разных типов грунтов при землетрясениях. Методы исследования. Комплексный статистический анализ большого объема одновременно зарегистрированных спектров Фурье и спектров реакции колебаний разных типов грунтов при землетрясениях разных магнитуд и удаленностей. Сопоставление интегральных (кумулятивных) спектров Фурье и спектров реакции, попарно рассчитанных для различных сейсмоактивных районов. Разработанные модели спектров реакции тестировались путем их сопоставления со спектрами и пиковыми ускорениями колебаний грунта при реальных землетрясениях. Результаты исследования. Разработаны статистические модели связи между спектрами реакции и спектрами Фурье ускорений колебаний грунта, позволяющие с приемлемой точностью оценивать спектральные ускорения по имеющимся данным об уровнях спектральной плотности Фурье колебаний грунта. Разработанные модели в определенной степени универсальны и позволяют оценивать спектры реакции землетрясений для разных магнитуд, расстояний и частот, для разных типов грунтов, а также для простых («ситуационных») и интегральных (кумулятивных) оценок. Использование разработанных моделей позволило получить новые альтернативные оценки имеющих существенное практическое значение соотношений между пиковыми ускорениями колебаний грунта и максимальными величинами спектральных ускорений

Relevance. In the Russian Federation and abroad, a significant amount of data has been accumulated on the Fourier spectra of ground motions during strong earthquakes. In Russian practice, these data are used, among other things, to estimate the spectra of the ground motions response necessary for seismic-resistant design. However, the procedures for this kind of recalculation are relatively complex and time-consuming. Therefore, at the moment it is useful to additionally have simpler, but with acceptable accuracy, methods of such calculations. The present research is devoted to the designing of a solution to this problem. Aim.Designing of new models for the probabilistic description of the reaction spectra of accelerations of ground motions in earthquakes of different magnitude and distance. The object of research. Empirical attenuation functions with the distance of the motion spectra of different types of soils during earthquakes. Methods. Comprehensive statistical analysis of a large volume of simultaneously recorded Fourier spectra and vibration response spectra of different types of soils during earthquakes of different magnitudes and distances. Comparison of integral (cumulative) Fourier spectra and reaction spectra calculated in pairs for various seismically active regions. The designing models of the reaction spectra were tested by comparing them with the spectra and peak accelerations of ground motions in real earthquakes. Results. Statistical models of the relationship between the reaction spectra and the Fourier spectra of ground motion accelerations have been designed, which make it possible to estimate spectral accelerations with acceptable accuracy based on available data on the levels of the Fourier spectral density of ground motions. The designed models are to a certain extent universal and allow us to estimate the spectra of earthquake reactions for different magnitudes, distances and frequencies, for different types of soils, as well as for simple (“situational”) and integral (cumulative) estimates. The use of the designed models made it possible to obtain new alternative estimates of the relations between peak accelerations of ground motions and maximum values of spectral accelerations of significant practical importance