地震動(dòng)扭轉(zhuǎn)分量的確定方法及工程特性研究.pdf

1、理論分析與震害經(jīng)驗(yàn)都表明，地震地面運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的多維運(yùn)動(dòng)，不但包括三個(gè)平動(dòng)分量，還包括三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量(兩個(gè)繞水平軸的擺動(dòng)分量和一個(gè)繞豎軸的扭轉(zhuǎn)分量)和眾多的應(yīng)變元素。在現(xiàn)代地震學(xué)發(fā)展的一百多年中，人們已經(jīng)積累了許多抵抗這種可怕的自然災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)，其中最基本工作的是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，這也是現(xiàn)階段被廣泛證明行之有效并由許多國家頒布相關(guān)法律法規(guī)來保障其實(shí)施的措施。但隨著震害記錄的積累和人們對地震認(rèn)識的加深，越來越多的未知因素對結(jié)構(gòu)安全性的影響

2、也逐漸引起研究人員的重視，而上述的地震動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)分量就是其中不可忽視的因素之一。
　　 為了進(jìn)一步認(rèn)識和了解地震動(dòng)中這種成分，本文以扭轉(zhuǎn)分量(繞豎軸的轉(zhuǎn)動(dòng)分量)為研究對象，從確定方法、工程特性及其對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響三個(gè)方面對地震動(dòng)扭轉(zhuǎn)分量進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容與成果如下：
　　 (1)詳細(xì)對比了現(xiàn)有各種扭轉(zhuǎn)分量的確定方法并討論了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)根據(jù)單個(gè)臺站地震記錄的平動(dòng)分量，利用彈塑性力學(xué)和波動(dòng)理論來計(jì)算扭轉(zhuǎn)分量是現(xiàn)階

3、段最有效且比較可靠的方法。因此，論文在現(xiàn)有頻域法基礎(chǔ)上，根據(jù)地震波不同成分(波相)對扭轉(zhuǎn)分量的影響，提出分別考慮地震波中可以引起地面扭轉(zhuǎn)的S波和Love波的作用的扭轉(zhuǎn)分量確定方法。該方法考慮了土層成分對扭轉(zhuǎn)分量的影響，進(jìn)一步提高了頻域法的精度和可信性。
　　 (2)以日本2011年“3.11東日本大地震”強(qiáng)震記錄為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，篩選了336條扭轉(zhuǎn)分量時(shí)程。系統(tǒng)研究了扭轉(zhuǎn)分量的工程特性并與平動(dòng)分量進(jìn)行對比。主要工作包括：一是對傳統(tǒng)的“

4、峰值、頻譜、持時(shí)”三要素特性的研究；二是對非平穩(wěn)特性(強(qiáng)度非平穩(wěn)與頻率非平穩(wěn)特性)的研究。關(guān)于傳統(tǒng)三要素特性，分析發(fā)現(xiàn)：a)對于峰值，PGAA和PGAV水平比平動(dòng)分量PGA和PGV要低一個(gè)數(shù)量級，而衰減規(guī)律有一定一致性。從PGA與PGV(PGAA與PGAV)比值的情況看，RC分量在短周期具有更豐富的分布。RC分量Arias強(qiáng)度水平相對于水平分量更低，同時(shí)RC分量各參數(shù)與水平分量相關(guān)性較差；b)對于頻譜，放大系數(shù)譜的峰值受斷層距的影響更為

5、明顯，而衰減系數(shù)γ受場地的影響更為顯著；c)對于持時(shí)，采用90％能量持時(shí)T90和70％能量持時(shí)T70作為研究對象，各分量參數(shù)和衰減規(guī)律十分接近，而這種相似性在RC分量和OUT分量之間尤為明顯。關(guān)于非平穩(wěn)特性，發(fā)現(xiàn)：a)對于強(qiáng)度非平穩(wěn)特性，選用包線模型分析地震波的能量分布情況。整體結(jié)果與一般認(rèn)識是一致的，且各分量強(qiáng)度分布狀況十分接近。同時(shí)，由于此次地震由于較大震級，較長斷層和較長斷層破裂持續(xù)時(shí)間，有許多臺站記錄呈現(xiàn)出雙峰特性。一般常用的單

6、峰包線模型并不能完全描述此次地震所包含的信息。這在以后的研究工作中需要引起注意；b)對于頻率非平穩(wěn)特性，采用瞬時(shí)頻率模型來描述地震記錄的頻率變化狀況。結(jié)果表明RC分量高頻特性更為明顯。同時(shí)，一般的瞬時(shí)頻率模型在處理較大地震或類似扭轉(zhuǎn)分量的新問題時(shí)，也有其缺陷和不足。
　　 (3)初步討論了地震動(dòng)扭轉(zhuǎn)分量對不同高度框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，分別選取邊柱、角柱和中柱的內(nèi)力來討論扭轉(zhuǎn)分量的影響狀況。分析表明：a)對框架柱剪力的分析，扭轉(zhuǎn)

7、分量對邊柱影響最為明顯，角柱稍次之，而對中柱影響相對較??；b)對框架柱彎矩的分析，邊柱受扭轉(zhuǎn)分量影響最大，而中柱受影響最小；c)從對框架柱軸力的分析結(jié)果可以看出，扭轉(zhuǎn)分量對軸力的影響最為顯著，甚至超過了平動(dòng)分量引起的柱軸力；的)，扭轉(zhuǎn)分量對邊柱和中柱軸力的影響比角柱更為顯著；d)與多層結(jié)構(gòu)相比，扭轉(zhuǎn)分量對高層結(jié)構(gòu)的影響更為顯著，有些情況下扭轉(zhuǎn)分量引起的內(nèi)力與水平平動(dòng)分量相當(dāng)或超過水平平動(dòng)分量。以上表明：在震級較大地震中，地震動(dòng)的高頻成分