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《中国地震局地球物理研究所》 2002年
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场地土层地震反应特征研究

张倩  
【摘要】: 场地条件对地震动的影响研究是一个研究历史较长而又十分重要的地震工程研究课题。本文从场地土体非线性特性和土层软硬夹层的影响及合理地考虑场地分类来反映场地对地震动影响三个方面开展了进一步的研究与探讨。 本文首先介绍了场地条件对地震动影响考虑的已有研究结果,特别是已被规范所采用的考虑方法。分析了已有研究成果的特点及存在的问题。在此基础上,结合大量的工程场地模型,利用场地地震反应分析的数值计算方法,计算了不同场地模型及基底地震动输入组合下的场地地震反应,定性定量地分析了这些分类场地上的地震反应的特点及规律。本文的主要研究内容和研究结果包括: 一、场地土体的非线性参数变化对地震反应的影响。目前,人们利用实验手段分析土体动力特性时给出的最基本的描述量是G/G_(max)—γ曲线(等效动剪切模量与最大动剪切模量的比值随应变幅值变化的曲线)及λ—γ曲线(等效剪切滞回阻尼比值随应变幅值变化的曲线)。这两条结果曲线均是土样在等幅循环荷载下得到的实验值。本文分析了这两条曲线值的变化(不确定性)对场地地震反应的影响,及在实际工程中是否需要考虑这种影响,给出了一些定性和定量结果。研究结果表明,土体非线性参数的变化(不确定性)对地震动的影响应予以考虑。 二、场地土层中存在的软、硬夹层对地震反应的影响。本文基于已有研究结果进一步分析了软夹层对场地地震动谱形状和峰值加速度的影响,以及剪切波速小于500m/s的硬夹层对场地地震动谱形状和峰值加速度的影响,统计分析了软、硬夹层对场地地震反应影响的特点规律和程度。研究结果表明,硬夹层的影响很小,一般情况下,可以不予以考虑;软夹层有较显著的影响,其影响主要表现为:对周期小于0.1s的高频段反应减小,对周期大于0.3s的较长周期段反应增大,而对周期长达3s及以上周期段反应几乎无影响,因此,软夹层对场地地震反应影响的总体作用是增大还是减小反应,取决于计算基底输入地震动的频谱特性。 三、等效场地卓越周期的分析与探讨。一般建筑结构按现行《建筑抗震设计规范》中规定的场地类别套用规范标准设计反应谱确定设计地震动反应谱,这一方法只能初略地考虑场地第一振型的影响效应(严格地讲,基底开放性土体不存 WS 在振型效应)。然而采用等效非线性化直接分析士层地震反应的实例计算结果表 明在很多情况下,对场地地震反应起主要作用的不是第一振型而是第二、三阶振 型。本文对场地计算模型的地震反应传递函数特性进行了统计分析,捉出了以等 效场地卓越周期反映场地地震动卓越周则的想法,以合理地反映场地十层对地震 动的影响,给山了等效场地卓越周期的确定思路和方法,井给出了基于等效剪切 波速的等效场地卓越周期计算式。
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