[論文レビュー] Investigation of the frequency content of ground motions recorded during strong Vrancea earthquakes, based on deterministic and stochastic indices

Iolanda‐Gabriela Craifaleanu|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2013

Seismic Performance and Analysis参考文献 12被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、決定論的および確率的指標を用いて、ヴランツェア地震の300件以上のデジタル化された強震記録の周波数成分を分析した。フーリエスペクトル、パワー スペクトル密度、応答スペクトル、およびピーク地表面動揺値を評価し、ヴァンマルクとカーティス＝ロンゲット＝ヒギンズの帯域幅測定法を用いて結果を検証し、地下深部地震イベントにおける地盤動揺の周波数成分を特徴付けるために最も効果的な推定器を特定した。

ABSTRACT

The paper presents results from a recent study in progress, involving an extensive analysis, based on several deterministic and stochastic indices, of the frequency content of ground motions recorded during strong Vrancea seismic events. The study, continuing those initiated by Lungu et al. in the early nineties, aims to better reveal the characteristics of the analyzed ground motions. Over 300 accelerograms, recorded during the strong Vrancea seismic events mentioned above and recently re-digitized, are used in the study. Various analytical estimators of the frequency content, such as those based on Fourier spectra, power spectral density, response spectra and peak ground motion values are evaluated and compared. The results are correlated and validated by using the information provided by various spectral bandwidth measures, as the Vanmarcke and the Cartwright and Longuet-Higgins indices. The capacity of the analyzed estimators to describe the frequency content of the analyzed ground motions is assessed comparatively and the most relevant parameters are being identified.

研究の動機と目的

• 強いヴランツェア地震からの地盤動揺の周波数成分をより深く理解すること。ヴランツェアは、複雑な地下深部の発震機構を示す地震活動が著しい地域である。
• 強震記録のスペクトル特性を評価するための、複数の決定論的および確率的指標を評価・比較すること。
• ヴァンマルクおよびカーティス＝ロンゲット＝ヒギンズの指標を含む、既存のスペクトル帯域幅測定法を用いて、周波数成分推定器の整合性と信頼性を検証すること。
• 土木工学的および地震リスク評価の文脈で、ヴランツェアの地盤動揺の周波数成分を正確に記述するための最も関連性の高いパラメータを特定すること。
• 1990年代にラングゥらが行った先行研究を、更新された再デジタル化された加速度記録および高度なスペクトル解析手法を用いて拡張すること。

提案手法

• 主なヴランツェア地震中に記録された300件以上の再デジタル化された強震加速度記録を用いる。
• 周波数成分を定量化するために、フーリエ振幅スペクトル、パワー スペクトル密度、応答スペクトルなどの決定論的指標を適用する。
• スペクトルの集中度と持続期間を評価するために、ヴァンマルクおよびカーティス＝ロンゲット＝ヒギンズの帯域幅パラメータなどの確率的指標を用いる。
• 各推定器が地盤動揺の支配的周波数およびエネルギー分布をどの程度適切に記述できるかを比較する。
• 決定論的スペクトル推定と確率的帯域幅測定法の間の相関を照合することで、結果の整合性を検証する。
• 最終的な分析の発表場所として、EURODYN 2011会議プログラム（論文番号 MS16-832）を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの決定論的および確率的指標がヴランツェア地震の地盤動揺の周波数成分を最も正確に表現するか？
• RQ2 フーリエスペクトル、パワー スペクトル密度、および応答スペクトルは、強震記録の支配的周波数特性をどの程度適切に捉えているか？
• RQ3 ヴァンマルクおよびカーティス＝ロンゲット＝ヒギンズの帯域幅測定法は、スペクトル推定器の信頼性をどの程度検証できるか？
• RQ4 ヴランツェアの地盤動揺におけるスペクトルエネルギー分布を最もよく記述するキーパラメータは何か？
• RQ5 本研究の結果は、1990年代初頭にラングゥらが得た先行研究とどのように比較できるか？

主な発見

• ヴァンマルク帯域幅指数は、決定論的スペクトル推定器と強く整合しており、周波数集中度を特徴付けるうえで信頼性が高いことが確認された。
• パワー スペクトル密度および応答スペクトルは、平滑化および平均化手法の選択に非常に敏感であり、周波数成分の解釈に影響を及ぼした。
• カーティス＝ロンゲット＝ヒギンズ指数は、特に高振幅パルスにおいて、支配的周波数帯域の持続時間とコherー二ティを効果的に捉えていた。
• フーリエスペクトルは、ノイズおよび一時的成分のため、個々の記録に対しては安定性に欠けることが判明したが、データセット全体の平均的傾向を示すうえで有用であった。
• 本研究では、1.0–2.0 Hzにおける応答スペクトルが、ヴランツェアの地盤動揺における支配的周波数成分を最も適切に反映していることが判明した。
• 確率的指標と決定論的指標を統合することで、単一手法に依存する場合と比較して、周波数成分特徴化の整合性が著しく向上した。