【摘要】本文根據(jù)大跨度柔性結(jié)構(gòu)的動力特性考慮地震動長持時對結(jié)構(gòu)的地震影響。
關(guān)鍵詞 地震動持續(xù)時間 大跨度柔性結(jié)構(gòu)
許多強地震的宏觀震害現(xiàn)象說明，超過一定強度的地面運動持續(xù)時間是造成結(jié)構(gòu)物嚴重破損的重要因素之一。
由表1所列出的實震記錄資料說明：有的地震地面運動加速度接近0.7g，但由于持續(xù)時間短（2s），震級只有4.7級，結(jié)構(gòu)無明顯破壞；而有的地震加速度只有0.024～0.0499，但持續(xù)時間長達60s，地震烈度達到Ⅵ～Ⅶ度；明顯看出地震動持續(xù)時間對地震烈度的影響，特別是長周期結(jié)構(gòu)物應(yīng)該考慮地震動長持時的影響。
一、地震動持續(xù)時間及長持時影響系數(shù)
地震動持續(xù)時間為地震地面加速度絕對值｜a(t)｜＞kg的時間總和，k常取為 0.03～0.05，｜a(t)｜＞kg的持續(xù)時間對總持續(xù)時間的比值符合高斯正態(tài)分布：
根據(jù)對表1資料分析，標準差σ≈0.162g，當ak=0.03～0.05g時，p(｜a｜＞ak）≈0.90～0.80，表1資料表明當ak=0.03～0.05g時，長持時地震烈度達Ⅵ度以上。
文獻1中給出了地震總持時見與震級M、震中距Δ（km）、場地的表達式：
式中基巖場地：A＝0.03525，B＝0.1763，C＝0.6169
土壤場地： A＝0.1080，B＝0.1072，C＝0.6506
計算表明，震級隨著持時見的增加而增加，在M=8級地震時場地條件影響較小（兩條曲線近乎重合）。
由（2）式震級表達式為
ζ作為地震長持時（Tb＞3～5s）的影響系數(shù)（以巖石地基為基礎(chǔ)傳遞，覆蓋層厚度為40m，曾有學(xué)者采用lgTD。表2給出地震長持時影響系數(shù)ζ表，由表可見，lgTd系數(shù)與Δ=200km時的l系數(shù)一致。
因此，對于長持時地震的結(jié)構(gòu)應(yīng)按下式：
或
求得的反應(yīng)譜參數(shù)進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。
二、長特時結(jié)構(gòu)地展反應(yīng)槽的修正
一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計都是短周期（ T＜3～5s）的地震反應(yīng)譜，對長周期結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)譜應(yīng)作出修正，特別是對大跨度斜拉橋、懸索橋等柔性結(jié)構(gòu)。
根據(jù)表1長持時地震（Td=60s）的資料對圖1中規(guī)范地震影響系數(shù)曲線長持時部分進行修正：
圖1實線所示為長周期修正曲線。
三、大跨度柔性結(jié)構(gòu)地震設(shè)計
由大跨度結(jié)構(gòu)動力分析得到各振型的特征值fi或Fi，以下Fi作為結(jié)構(gòu)地震加速度絕對值｜a｜＞0.039的持時，結(jié)構(gòu)總持時Td=Fi/p（｜a｜＞0.039）=Fi/0.9≈1.lFi，由Td按上述計算修正地震影響系數(shù)a修和地震長持時影響系數(shù)ζ，長持時結(jié)構(gòu)設(shè)計地震影響系數(shù)為
αmax根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載組合和地震烈度選用，對于大跨度結(jié)構(gòu)自重和地震作用組合下，采用第三水準烈度，即50年超越概率2％～
3％的地震進行分析，這時結(jié)構(gòu)的非彈性變形仍控制在"大震不倒"的狀態(tài)。
X X大橋為主跨1385m懸索橋，結(jié)構(gòu)動力特征分析表明：第1階振型為對稱側(cè)向撓曲振型，f1=0.051Hz，T1＝19.6s；第6階振型為王梁振動為主的振型，fi＝0.1428Hz，T6＝7.0s;第15階振型為對稱扭轉(zhuǎn)振型，f15＝0.2625Hz，T15＝3.81s；第39階振型為主塔振動為主的振型，f39=0.6759Hz，T39＝1.48s；
地震設(shè)計烈度為Ⅶ度時，αmax＝0.50（50年超越概率2％～ 3％），震中距Δ＝200km，按上述方法分別求得地震影響系數(shù)為表3。
因此，對類似的大跨度結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)動力特性的很大差異，應(yīng)分別采用不同的地震影響系數(shù)進行地震設(shè)計，上例中梁部結(jié)構(gòu)可采用一個地震影響系數(shù)a'＝0.l，而主塔振動頻率高，周期短，應(yīng)采用與橋跨結(jié)構(gòu)不同的系數(shù)，輸入的地震波形也應(yīng)分別采用長持時與短持時為特征的地震波，選取不利者控制設(shè)計。
參考文獻
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