predominant period 地震时,从震源发出的地震波在土层中传播时,经过不同性质地质界面的多次反射,将出现不同周期的地震波。若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近,由于共振的作用,这种地震波的振幅将得到放大,此周期称为卓越周期。由多层土组成的厚度很大的沉积层,当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射,由于波的叠加而增强,使长周期的波尤为卓越。卓越周期的实质是波的共振,即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时,由于共振作用而使地表振动加强。巨厚冲积层上低加速度的远震,可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。
卓越周期分级
卓越周期按地震记录统计得到,地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期,可划分为四级:一级——稳定基岩,-,。二级——一般土层,-,。三级为松软土层,卓越周期在二级和四级之间。四级——为异常松软的土层,-,.
几种周期及相关概念
自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间,是结构本身的动力特性,与结构的高度H、宽度B有关。
基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
基本振型:单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型:任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加,多质点体系按振型分解法计算地震作用时,可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。而对建筑结构而言,有时又称为主振型,一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。
高阶振型:相对于低阶振型而言。一般来说,低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。对一般较规则的建筑物,选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数(大多数情况下为楼层数),若质点数较多时,根据计算结果可以只取前几个振型(即低阶振型)进行叠加。
特征周期Tg:即建筑场地自身的周期,是建筑物场地的地震动参数,在地震影响系数曲线中,水平段与下降段交点的横坐标,反映了地震震级,震源机制(包括震源深度)、震中距等地震本身方面的影响,同时也反映了场地的特性;如软弱土层的厚度,类型等场地类别等。
在抗震设计规范中,设计特征周期Tg与场地类别有关:场地类别越高(场地越软),Tg越大;地震震级越大、震中距离越远,Tg越大。Tg越大,地震影响系数α的平台越宽,对于高层建筑或大跨度结构,基本周期较大,计算的地震作用越大。
场地卓越周期Ts:地震波在某场地土中传播时,由于不同性质界面多次反射的结果,某一周期的地震波强度得到增强,而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。场地卓越周期只反映场地的固有特征,不等同于设计特征周期。其由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求的。
场地脉动周期Tm:应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。测试应在环境十分安静的情况下进行,场地的震动类似人体的脉搏,所以称为“脉动”。场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征,与强地震作用下场地的动力特性既有关联,又不完全相同。
场地卓越周期、特征周期对建筑物的影响
自振周期避开特征周期可以减小地震作用。当结构的自振周期超过设计特征周期时,地震作用就会随其自振周期的增大而减小。,地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期,。
自振周期与场地的卓越周期相等或接近时地震时可能发生共振,震害比较严重,反之震害就小,国内外根据震害研究表明,在大地震时,由于土壤发生大变形或液化,土的应力——应变关系为非线性,导致土层剪切波速Vs发生变化。因此,在同一地点,地震时场地的卓越周期将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。
如果仅从数值上比较,场地脉动周期Tm最短,卓越周期Ts其次,特征周期Tg最长
结构自振周期是结构自由振动的周期;结构基本周期是结构自振周期中最长(数值最大)的那个;场地卓越周期是场地自振周期中最容易被(地震)激励起的周期;场地特征周期(设计特征周期)是设计地震反应谱曲线上平台段结束(最右端)的同期值.
确定场地卓越周期T 的方法及分类为: 第一, 当场地内有强震记录时, 通过频谱分析确定地震动卓越周期, 这里称之为记录卓越周期, 以T r 表示。第二, 由常时微动测试分析确定, 称为测试卓越周期, 以T m 表示。第三, 根据场地分层剪切波速测试结果按公式(1) 计算之, 称为波速卓越周期, 以T V 表示。
笔者记为: T r 是真实反应地震动的卓越周期, 即工程抗震所需的场地卓越周期真值; T m 是接
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