近断层地震动作用下多层框架结构动力性能

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1、１４２摘第四届全国土木工程研究生学术论坛论文集近断层地震动作用下多层框架结构动力性能王洪涛，徐龙军（哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨１５００９０）要：为了考察近断层脉冲型地震作用下普通框架结构的动力响应，首先介绍了４种表征近断层向前方向性效应作用的简单脉冲模型，结合现有的近断层脉冲型地震动参数衰减关系式，研究了不同简单脉冲的特征。其次，利用现有的近断层脉冲型地震动参数衰减关系式和四种不同的脉冲模型，根据不同场地、震级和断层距分别确定地震动输入，对普通钢筋混凝土框架结构进行了时程分析，比较并分析了不同简单脉冲模型地震动作用下结构的动力响应。结果表明，脉冲形状和场地条件会明显影

2、响框架结构的动力响应；对于具有较短自振周期的结构，较小震级的近断层地震动有可能导致严重破坏。关键词：近断层作用；地震动；脉冲；框架结构１引言历史地震动记录资料表明，断层距２０ｋｉｎ以内的地震动与远场地震动明显不同。近断层地震动具有大速度和大位移脉冲的特征。依据断层机制的不同和破裂走向与场地位置关系的变化，近断层地震动呈现出“滑冲”或“向前的方向性”等近断层效应［１］。滑冲作用通常发生在平行于断层走向的走滑断层或倾滑断层地震中，伴随有不可恢复的地面残留位移；向前的方向性大脉冲效应发生在垂直断层方向地震动的起始阶段。断层破裂过程引起的剪切位错辐射模式通常使得垂直断层方向的地震动比平行断层

3、方向的地震动更为危险［１］。这种近断层效应会显著影响到地面工程结构的动力响应，因此，需要在结构的抗震设计过程中予以充分重视。为了将近断层作用应用于工程结构的抗震设计中，许多学者曾致力于简单脉冲作用下单自由度和多自由度体系的动力响应分析［２’５］。与此同时，对控制结构响应的近断层地震动参数（如脉冲幅值、脉冲周期等）衰减关系的研究也开展起来［６＿８］。这两个方面的研究都在近断层地震动的特征及其对结构的影响方面获得一定的成果。但这些工作仍然存在一些不足，如未考虑不同简单脉冲波形可能对结构的影响差别，尚未将近断层地震动脉冲模型与已经获得的参数经验关系较好地结合起来，因此还不能够将这些成果直接应

4、用于近断层地区的抗震设计中。本文意在将简单脉冲与近断层地震动参数经验关系式结合起来，用以考察近断层脉冲型地震作用下普通框架结构的动力响应。为此，首先介绍了４种表征近断层向前方向性效应作用的脉冲模型，研究了不同简单脉冲的特征。利用现有的近断层脉冲地震动参数衰减关系式和四种不同的脉冲模型分别确定地震动输入，比较并分析了不同脉冲地震动作用下普通钢筋混凝土框架结构的动力响应。讨论了考虑近断层脉冲地震动作用的结构动力响应特性，可以为近断层工程结构的动力响应分析提供参考依据。２脉冲地震动模型目前，通常使用四种基本加速度脉冲（矩形、半正弦、三角、平方）形式或它们的某种变化形式近似描述近断层地区向前

5、的方向性效应脉冲地震动凹１１｜。表１列出了四种脉冲的加速度、速度和位移时程。向前的方向性脉冲Ｐ１由矩形加速度脉冲组成，包括向前和向后的位移部分，称为“冲击荷载”脉冲。半正弦、三角和平方型脉冲（Ｐ２～Ｐ４）均由初始作用为零的“渐进荷载”加速度脉冲组成。与矩形脉冲型脉作者简介：王洪涛（１９７３一）．男，河北定州人，博士研究生，主要从事结构抗震工程研究。第四届全国土木工程研究生学术论坛论文集冲不同，其他三种脉冲形式的加速度时程都呈现出清晰的加速度峰值。表１简单脉冲的描述与分类１４３Ｔａｂ．１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｅｐｕｌｓｅｓ对

6、于近断层地震动，速度比加速度更能反映地震动的主要特征。因此，每种脉冲可以用两个参数加以确定：速度脉冲周期（或脉冲持时）ＴＰ和速度幅值Ｖ（ＰＧＶ）。根据这两个参数以及脉冲的组成表达式，可以推导出脉冲加速度幅值Ａ（ＰＧＡ）和位移幅值Ｄ（ＰＧＤ），进而可以得到反映脉冲幅值与周期关系的比率ＡＴＰ／Ｖ、ＶＴＰ／Ｄ。表２给出了四种脉冲的定义比率值。可以看出，四种脉冲的ＡＴＰ／Ｖ率明显不同。与ＡＴＰ／Ｖ不同。四种脉冲的ＶＴＰ／Ｄ率值按从Ｐ１到Ｐ４的顺序递减。显然，脉冲的这些特征与基本脉冲的形状有关，对实际近断层脉冲型地震动而言，场地条件很可能是影响脉冲基本形状和这些比率的重要因素。表２脉冲幅值与脉

7、冲周期的关系３输入地震动Ｔａｂ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｓａｎｄｐｕｌｓｅｐｅｒｉｏｄ为了估计与脉冲地震动速度有关的等效加速度幅值Ａ。，简单的办法就是将简单脉冲与实际记录地震动的速度幅值Ｖ和脉冲周期丁。联系起来。本文选用文献Ｅ８３给出的考虑场地条件和震级影响的向前方向性地震动的参数经验关系：Ｉｎ（Ｖ，）一４．４６＋０．３４Ｍ。一０．５８１ｈ（Ｒ２＋４９）１ｌｎ（Ｖ，）＝４．５８＋０．３４Ｍｗ一０．