近断层地震作用下考虑P-Δ效应的混凝土结构响应分析

发布时间：2019-07-24 09:00

【摘要】：近断层地震动具有更大的水平地震和竖向地震作用,从而改变结构的p-Δ效应。首先,利用537组近断层地震动,统计分析了近断层地震动的反应谱特性和竖向与水平向加速度峰值比,考察了近断层地震动的特性。其次,分别对近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动和远断层地震动作用下混凝土结构的弹塑性反应进行了计算,分析了p-Δ效应的影响规律。最后,同时输入竖向和水平向地震动,考虑竖向地震动对结构p-Δ效应的影响。结果表明:近断层地震动有较大的水平向和竖向反应谱值,在近断层区域,将竖向地震动作用简单的按照现行规范中的取水平地震作用的2/3进行考虑是偏于不安全的;加速度峰值一致的前提下,结构在近断层脉冲地震作用下具有较大的响应,但p-Δ效应对结构的响应影响不明显,幅度大多未超过10%;由于地震动的随机性及复杂性,竖向地震动引起的惯性力不一定会增大结构的反应,也有可能会减小结构的反应。
【图文】：

图１地震记录分布Ｆｉｇ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｒｅｃｏｒｄｓ

层非脉冲地震动和远断层地震动作用下的结构响应进行分析，考虑ｐ－Δ效应对结构响应的影响，并分析了竖向地震动对结构ｐ－Δ效应的影响规律。１近断层地震动特性分析本文通过收集近断层地震动记录，，分析近断层地震动竖向分量的反应谱的特性。在选取地震动时选取矩震级Ｍ＞５、断层距＜５０ｋｍ的条件，从美国太平洋地震中心（ＰＥＥＲ）收集到５３７组近断层地震动记录，每一组包括两个水平分量和一个竖向分量，分析过程中水平向的加速度峰值和反应谱值取两个水平分量的平均值，其分布如图１所示。参照文献［１０］定义断层距０～１５ｋｍ为近断层区域、１５～３０ｋｍ为中等断层区域、３０～５０ｋｍ为远断层区域。图１地震记录分布Ｆｉｇ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｒｅｃｏｒｄｓ１．１加速度峰值比目前，在抗震设计中考虑竖向地震动的影响，往往是根据水平向地震动的某一比例取值，公认的结果是竖向地震动为水平向地震动的１／２～２／３［１１］。我国建筑抗震设计规范也规定９度地区的高层建筑以及大跨结构在考虑竖向地震作用时，影响系数最大值取水平地震影响系数的６５％［１］。然而，近些年一些强地震资料显示近断层地震具有巨大的竖向地震动幅值，一些震害资料也表明了竖向地震动对结构的破坏，１９９５年的日本阪神地震中出现了大量由竖向地震动引起的破坏现象［１２］。表１为不同分组下竖向与水平向加速度峰值比７４１第５期张振根等：近断层地震作用下考虑Ｐ－Δ效应的混凝土结构响应分析

图２加速度峰值比分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｔｉｏｓｏｆｐｅａｋａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ

表１不同分组下Ｖ／Ｈ超过２／３的地震动比例Ｔａｂｌｅ１ＴｈｅｒａｔｉｏｓｏｆＶ／Ｈｅｘｃｅｅｄ２／３ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ地震分组震级断层距／ｋｍ场地５＜Ｍ＜６６＜Ｍ＜７Ｍ＞７０～１５１５～３０３０～５０ＡＢＣＤ比例／％４１．６３６．７４４．２５４．８３５．６２０．６３３．６３４．２４５．３４８．４注：Ｖ为地震动竖向的加速度峰值；Ｈ为地震动水平向的加速度峰值超过２／３的比例，图２为不同断层距下的加速度峰值比分布。结果表明，５３７组地震动记录中，有４１％的加速度峰值比超过２／３，有约９％的加速度峰值比超过１；震级对加速度峰值比的影响不大，三个震级分组下超过２／３的比例相差不大；断层距对加速度峰值比的影响较大，近断层区域超过２／３的比例达到５４．８％，远断层区域超过２／３的比例只有２０．６％，且比较离散；较软场地（Ｃ类和Ｄ类）上加速度峰值比超过２／３的数量大于较硬场地（Ａ类和Ｂ类）上的数量。图２加速度峰值比分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｔｉｏｓｏｆｐｅａｋａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ１．２加速度反应谱图３为不同断层距下的水平向与竖向加速度反应谱，反应谱大小随着断层距的增加而变校近断层区域的水平向和竖向加速度反应谱远远大于中等断层和远断层区域的加速度反应谱值，近断层区域的水平加速度反应谱峰值约为中等断层的反应谱峰值的两倍。水平加速度的卓越周期一般在０．２～０．３ｓ之间，竖向加速度的卓越周期相对水平向加速度的卓越周期比较小，一般在０．１ｓ
【作者单位】：南京工业大学土木工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51478222,51308293)资助
【分类号】：TU37

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