地震作用和抗震验算新规定..doc

第七讲 地震作用和抗震验算新规定 王亚勇 赖 明 吕西林 李英民 杨 溥 郭子雄 新的设计反应谱的主要特点 89规范的设计反应谱的主要特点 89规范的设计反应谱、即地震影响系数曲线，是根据大量实际地震加速度纪录的反应谱进行统计分析并结合工程经验和经济实力的综合结果。抗震设计反应谱通常用三个参数：最大地震影响系数 α max 、特征周期 Tg 和长周期段反应谱曲线的衰减指数 γ 来描述。而且不同阻尼比条件下的反应谱曲线也是不同的，89规范提供了考虑近、远震和不同场地条件下阻尼比为5 % 的标准设计反应谱，其最长周期为 3秒。应该说，89规范的设计反应谱基本适应了我国八、九十年代工程建设抗震设防的要求，除房屋建筑外，各类工程设施及构筑物均参照它提出类似的设计反应谱。 2、加速度设计反应谱用于抗震设计的局限性 （1） 强震地面运动长周期成分的存在 地震学研究和强震观测证明，强震情况下，地面运动确定存在长周期分量，其周期可以长达10秒甚至100秒，地震震级从5级到8级，其谱值在10秒周期处最大相差不超过50倍，在100秒周期处，不超过250倍。在震级M?5时，周期在3秒以内，信噪比已经大到可以满足工程使用要求了。同时还证明，谱曲线至少存在二个拐角周期。如图1和表1所示。 图1 不同震级下强震地面运动福里叶振幅谱 表1 不同震级下强震地面运动福里叶振幅谱值(in/s) 震级M 4 5 6 7 8 噪声 周 1 0.4 1.5 7.0 20.0 40.0 0.1 期 10 - 0.2 3.0 7.0 8.0 1.0 (S) 100 - 0.02 0.9 5.0 7.0 - 注：噪声指在强震加速度记录数据处理过程中引入的长周期误差 研究表明，地震动长周期分量与震源规模、震源距有关，由此可以推出与震级、烈度的关系，从而建立起具有工程实用意义的关系来。见公式(1) PSV =f1(M,R,T) =f2(L,W,R,T) (1) =f3(I,R,T) 式中：PSV为拟速度反应谱，M为震级，R为震源距，L为断层长度，W为断层宽度，I为烈度，T是反应谱周期。 （2）现有强震加速度记录中长周期成份的损失 由于强震仪频率响应范围的限制无法记录到超过10秒以上的地面运动成分，在超过5秒以上的成分中也存在失真，而且在对加速度记录进行误差修正时将数字化过程零线修正所产生的噪声滤出的同时也将地面运动长周期分量滤去了。 （3）关于加速度反应谱长周期段的二次衰减 反应谱理论证明，加速度反应谱曲线存在三个控制段，分别是：加速度、速度和位移控制，设计反应谱“平台段”是加速度控制段，速度控制段以1/T形式衰减，位移控制段则以1/T2形式衰减。这已成为地震工程界共同认可的常识。但是真正实用起来遇到问题，即长周期段的谱值太小，对抗震设计没有控制作用。为此，各国规范对此均作了不同程度的修正。且不说这种修正在理论上能否站得住脚，就是在工程实际应用中起多大作用？是否合理？也是值得商榷的。见图2 中国、美国、欧洲规范反应谱比较。 图2 考虑长周期分量的加速度反应谱 （4）高层、大跨和巨型建筑对地震加速度反应的滞后和迟钝 周期大于3秒的超大型建筑物和工程设施、工业设备对于短脉冲型的加速度地面运动，尽管加速度峰值很高，但由于周期很短，结构的反应相对迟钝和滞后。对于此类长周期结构，危险的是地面运动长周期成分与结构的共振作用。在这种情况下仍用现行的加速度设计反应谱进行抗震验算显然是力不从心了。 （5）关于不同阻尼比的设计反应谱 不同的建筑结构类型具有不同的结构阻尼， 对于普通的钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计通常取结构阻尼比为5 %，钢结构和预应力钢筋混凝土结构的阻尼比要小，一般取2-3 %，而采用隔震或消能减震技术的建筑结构，其结构阻尼比则高于5 %，有的可高达10 % 以上。其他构筑物如桥梁、工业设备、大型管线等也具有不同的阻尼。因此，89规范所采用的阻尼比为 5 % 的设计反应谱不能满足抗震设计的需要。 最小水平地震力的控制 由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。出于结构安全的考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的剪