清华大学 抗震工程概论第05讲1

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1、抗震工程概论教案第5讲5.4地震地面运动影响因素地震动的特征通过地震动的振幅、频谱和持时来反映，分析地震动的影响因素，就是分析对地震动三要素的综合影响。与影响地震烈度、震害的因素大致相同，对地震动的影响因素包括：震级、距离、局部场地条件、传播介质、震源条件和地震机制（例如，断层类型）。下面仅讨论其中一些主要影响因素。1、震级的影响地震震级的大小对地震动三要素的影响明显，当震中距离相同时，震级越大，则振幅大、持时长、长周期（低频）分量显著。图5.13给出了不同震级地震反应谱曲线示意图。SM大M小T图5.13对应于不同震级地震的反应谱曲线2、距离的影响

2、距离对峰值加速度ap的定性影响规律很明确，而两者之间的定量规律是一个很重要的研究内容，许多人进行了研究。这一规律可用峰值—距离图分析，曾经统计分析了515条地震记录，表明峰值ap—距离的关系分散，但总体上表现为：（1）随距离增加，ap减小；（2）距离增加，持时增加；（3）震中距越远，地震动的长周期分量越显著。其中第（3）点是导致区分近震、中震和远震的原因。产生这一特点的原因是：随距离增加，高频波动衰减快，低频波动（长周期）衰减慢。单从震级和距离上看，对于大地震、远距离场地，地震动中的长周期成份显著，对长周期结构震害大，而短周期结构损坏较小；而对于中

3、小地震，在震中区，则正好相反，以低层房屋（自振周期短）破坏为主。说明在很多情况下地震的破坏是有选择的。(a)峰值加速度随距离的变化(b)不同震级与距离的反应谱(c)持时随距离的变化图5.14距离对地震动三要素的影响1抗震工程概论教案第5讲3、场地的影响场地是指建筑物所在地，大体相当于厂区，居民点和自然村的区域范围。图5.15为场地、地基和基础的定义及范围示意。场地条件包括场地土、场地土厚度、地形、不均匀地质条件或地质构造。建筑基础地基场地图5.15场地、地基和基础（1）场地土的影响场地土通常是指场地范围内一般深度在15－20m以内的地基土。场地土对

4、地震动的影响很复杂，不能一概而论。地震现场常有地震烈度异常，大都是由于特殊的土质条件（构造）引起的。一般来说，基岩上地震动小，烈度低、震害轻；软土上地震动大，烈度高，震害重；硬土上刚性结构震害重一些，长周期结构震害轻一些，软土上则相反。例如1923年关东大地震，硬土上刚性结构破坏重，软土上柔性结构破坏重。1）场地土对地震动振幅的影响对位移影响：软土上比基岩上大；对速度影响：软土上比基岩上大；对加速度影响：一般情况下软土上比基岩上大，但不总是如此，因为软土上卓越周期长。对于强震非线性反应时，软土地基有可能出现“隔震”现象。图5.16给出几次地震时土层

5、和基岩上地面运动峰值加速度的比较，可见大部分情况下，土层上的加速度峰值大于基岩场地的结果，强震时，也会出现土层的小于基岩的结果。图5.16土层和基岩上地面运动峰值加速度的比较2抗震工程概论教案第5讲1985年墨西哥地震中高层结构遭到破坏的原因之一是震中距很远，土层下方入射地震动的长周期分量显著，土层可以把长周期的地震动分量放大。但如果是近场强震，有时可能结果并不一样。2）场地土对持时的影响软土上持时长，基岩上持时短（其它条件不变）。3）场地土对谱的影响一般情况下，硬土场地上地震动的高频（短周期）成份丰富，而软土场地的低频（长周期）成份丰富。图5.1

6、7是采用了104条地震记录，阻尼比为5％的反应谱曲线，其中，①基岩—28条；②硬土（<150ft覆盖层）—31条；③厚粘土（<250ft）—30条；④软土—15条。从图中可以清楚看到场地土的性质对谱的影响。Sa3β=3u""p42121000.511.522.53T图5.17不同场地上的反应谱（2）土层厚度的影响1）对振幅的影响土层厚度对振幅的影响与土层之下入射波的频率成份有关。确切地说是与场地的自振频率（与土层厚度关系密切）与入射地震波的卓越频率相关，当两者接近时，振幅将发生较大的放大。2）对持时的影响一般情况下，土层厚则持时长。因为当土层变厚时

7、，地震波在土层中的往复传播时间变得更长。3）对频谱的影响土层厚度对频谱的影响可以通过分析场地的自振周期来讨论。位于基岩之上的单层覆盖土层的自振周期为4hT=cs其中h为土层厚度；cs为剪切波速。可见土层越厚则场地的自振周期越长，可以导致对长周期地震动成份的放大；而土层薄，场地的自振周期短，更易于放大短周期分量。可以通过土层厚度对结构地震破坏的影响来进一步说明房屋的破坏与土层厚度有密切3抗震工程概论教案第5讲的关系。1967年7月29日委内瑞拉的加拉加斯（Caracas）地震，震级M=6.3，震中距6Km，结构破坏率如下图所示。该城冲积层厚在45m－

8、300m之间变化，土层厚大于160m时，多高层结构的破坏明显加重，破坏率大于80％。图5.18示出了加拉加斯地震中结构破坏