近斷層雙脈沖型地震動潛在破壞作用譜分析

近斷層雙脈沖型地震動潛在破壞作用譜分析

在過去的十年中，國內(nèi)外發(fā)生了巨大的城市直下性地震，如1995年日本的7.2級地震、1999年臺灣的7.6級地震和2003年伊朗的6.3級地震，這造成了巨大的城市基礎(chǔ)設(shè)施破壞、人員破壞和財產(chǎn)損失。這些地震比一般地震更復(fù)雜，對施工結(jié)構(gòu)更敏感。近梁地震（又稱近場或近源）是指震源距離較低，地震源輻射的近場和中心區(qū)域的地震波不應(yīng)忽視區(qū)域內(nèi)的地震波。因此，在以往的國家抗震試驗中，沒有考慮近梁地震的破壞特征，因此，詳細(xì)分析近梁地震的破壞特征已成為各國的研究熱點。在現(xiàn)有的研究中，由于近梁脈沖地震波沒有充分考慮，因此無法充分反映近梁地震的破壞特征。因此，在本文中，我們將研究遠(yuǎn)場脈沖地震，為中國的抗震性標(biāo)準(zhǔn)的制定提供基礎(chǔ)。1a,b,c,d,d本文選用的地震記錄均來自美國太平洋地震工程研究中心強震數(shù)據(jù)庫.在搜集地震記錄時,遵循如下原則:(1)近斷層區(qū)域到發(fā)震斷層破裂面的最短距離dr≤30km,遠(yuǎn)場區(qū)域的最短距離dr≥60km;(2)峰值加速度均不小于0.05g,其中g(shù)為重力加速度;(3)根據(jù)美國地質(zhì)勘探局分類法,將場地分為A,B,C和D,共4類.作者共搜集地震記錄192條,包括ImperialValley,Northridge,Kobe,Chi-Chi等十余次地震記錄,震級變化范圍為5.3～7.6級.地震記錄分布如下:近斷層雙脈沖型(NRWTP,near-faultrecordwithtwopulses),A+B類場地12條,C+D類場地21條;近斷層多脈沖型(NRWMP,near-faultrecordwithmorepulses),A+B類場地9條,C+D類場地28條;近斷層非脈沖型(NRWNP,near-faultrecordwithnopulses),A+B類場地16條,C+D類場地28條;遠(yuǎn)場脈沖型(FRWP,far-fieldrecordwithpulses),A+B類場地14條,C+D類場地18條;遠(yuǎn)場非脈沖型(FRWNP,far-fieldrecordwithnopulses),A+B類場地22條,C+D類場地24條.各類記錄如圖1所示.2斷裂帶的破壞2.1不同類型地震動的潛在破壞作用采用上述地震記錄,計算了各類地震動的彈性和非彈性反應(yīng)譜及相應(yīng)的動力系數(shù)譜,本文中未給出非彈性反應(yīng)譜和相應(yīng)的動力系數(shù)譜.圖2為A+B類場地的加速度、速度和位移彈性反應(yīng)譜(計算)及相應(yīng)的動力系數(shù)譜(標(biāo)準(zhǔn)),其中Sa(cm/s2),Sv(cm/s)和Sd(cm)分別為加速度、速度和位移反應(yīng)譜;T(s)為自振周期.從反應(yīng)譜(圖2(a),(b),(c))可以看出:NRWTP地震動引起的譜值,在周期0～6.0s內(nèi),加速度、速度和位移反應(yīng)譜均明顯高于其它類型地震動,其中,最大約相差7倍,最小約相差1倍.說明在A+B類場地上,NRWTP地震動對結(jié)構(gòu)的潛在破壞作用最大,當(dāng)考慮這種類型地震動的潛在破壞作用后,可不再考慮其它類型的地震動.NRWMP和NRWNP地震動,僅在周期較短時(約小于0.5s),加速度和速度反應(yīng)譜高于遠(yuǎn)場,超出這個范圍,與遠(yuǎn)場相近;NRWMP與FRWP,NRWNP與FRWNP地震動的位移反應(yīng)譜,在所有周期均比較接近,說明A+B類場地,NRWMP和NRWNP地震動僅在短周期對結(jié)構(gòu)的潛在破壞作用比遠(yuǎn)場大,在中長周期則無明顯差別.圖2(d),(e),(f)可以看出:無論是哪種類型的近斷層地震動與遠(yuǎn)場地震動相比,動力系數(shù)譜均較相近,在某些情況下,甚至較低,說明A+B類場地,近斷層地震動潛在破壞作用較大的原因是地震動的加速度、速度和位移峰值高.圖3為C+D類場地加速度、速度和位移彈性反應(yīng)譜及相應(yīng)的動力系數(shù)譜.從圖中可以看出,與A+B類場地相比,主要有兩點不同:(1)加速度、速度和位移反應(yīng)譜,NRWMP地震動在周期0～6.0s內(nèi),均比NRWNP和FRWP地震動引起了更高的反應(yīng)譜譜值,甚至接近NRWTP地震動譜值,說明C+D類場地,NRWMP地震動對結(jié)構(gòu)也具有較大的潛在破壞作用;(2)加速度、速度和位移動力系數(shù)譜,在長周期(加速度動力系數(shù)譜周期約大于2.0s,速度動力系數(shù)譜周期約大于2.5s),NRWTP和NRWMP地震動引起的譜值均高于遠(yuǎn)場,說明C+D類場地,結(jié)構(gòu)反應(yīng)對近斷層地面峰值加速度和峰值速度的放大程度高于遠(yuǎn)場,這也是引起近斷層地震動潛在破壞作用大于遠(yuǎn)場的原因.2.2結(jié)構(gòu)非彈性響應(yīng)與彈性反應(yīng)譜相比,非彈性加速度、速度和位移反應(yīng)譜譜值明顯降低,但反應(yīng)譜和動力系數(shù)譜的變化規(guī)律與彈性反應(yīng)譜相似.因此,本文僅分析非彈性反應(yīng)譜譜值降低的情況,計算了非彈性(延性系數(shù)μ=i,i=2,3,4,5)與彈性(μ=1)加速度反應(yīng)比值譜(Sa(μ=i)/Sa(μ=1)),即屈服強度系數(shù)譜,結(jié)果如圖4所示,由于篇幅所限未列出μ=3的結(jié)果.從圖中可以看出,不同類型的地震動,在延性系數(shù)相同時,比值譜接近c(c為比值譜的平均值),說明結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性工作階段后,在近斷層與遠(yuǎn)場地震動作用下,結(jié)構(gòu)非彈性反應(yīng)降低的程度總體差別不大.當(dāng)μ=2,3,4,5時,c分別為0.56,0.41,0.34和0.30.從c的變化可以看出,在延性系數(shù)達(dá)到4以后,隨延性系數(shù)的增加,結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)值降低程度不明顯.2.3我國規(guī)范對地震動的影響特征周期是抗震規(guī)范給出的地震影響系數(shù)曲線中的重要參數(shù)之一,是反映地震震級、震中距和場地類別等因素的下降段起始點的周期值.采用擬合法,本文中計算了上述地震動的特征周期,如表1所示.表2中列出了我國規(guī)范規(guī)定的不同設(shè)計地震分組和場地類別對應(yīng)的特征周期.比較表1和表2可以看出:近斷層與相應(yīng)遠(yuǎn)場地震動對應(yīng)特征周期相比,A+B類場地(接近于Ⅰ類)偏低,C+D類場地(部分接近Ⅱ類場地,全部屬Ⅲ類和Ⅳ場地),NRWTP地震動引起的特征周期略高,均高于我國規(guī)范相應(yīng)場地第1組所對應(yīng)特征周期值.因此,當(dāng)考慮近斷層地震動影響時,我國規(guī)范第1組各類場地的特征周期應(yīng)適當(dāng)增加.3加速度反應(yīng)結(jié)果分析(1)在各類地震動中,近斷層雙脈沖型地震動的潛在破壞作用最大,因此,在考慮近斷層地震動時,如果考慮了雙脈沖型地震動,可不再考慮其它類型地震動;(2)引起A+B類場地反應(yīng)譜譜值較高的原因主要是地震動的高峰值,引起C+D類場地反應(yīng)譜譜值較高的原因不僅是高峰值,