卓越周期
地理术语
卓越周期原意指的是引起建筑场地振动最显著的某条或某类地震波的一个谐波分量的周期,该周期与场地覆土厚度及土的剪切波速有关。对同一个场地而言,不同类型的地震波会得出不同的卓越周期。
定义
predominant period 地震时,从震源发出的地震波在土层中传播时,经过不同性质地质界面的多次反射,将出现不同周期的地震波。若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近,由于共振的作用,这种地震波的振幅将得到放大,此周期称为卓越周期。由多层土组成的厚度很大的沉积层,当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射,由于波的叠加而增强,使长周期的波尤为卓越。卓越周期的实质是波的共振,即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时,由于共振作用而使地表振动加强。巨厚冲积层上低加速度远震,可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。
分级
卓越周期按地震记录统计得到,地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期,可划分为四级:一级——稳定基岩,卓越周期是0.1-0.2s,平均为0.15s。二级——一般土层,卓越周期为0.21-0.4s,平均为0.27s。三级为松软土层,卓越周期在二级和四级之间。四级——为异常松软的土层,卓越周期为0.3-0.7s,平均为0.5s.
相关概念
自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间,是结构本身的动力特性,仅与结构的质量m、刚度系数k有关。
基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
基本振型:单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型:任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加,多质点体系按振型分解法计算地震作用时,可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。而对建筑结构而言,有时又称为主振型,一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。
高阶振型:相对于低阶振型而言。一般来说,低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。对一般较规则的建筑物,选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数(大多数情况下为楼层数),若质点数较多时,根据计算结果可以只取前几个振型(即低阶振型)进行叠加。
特征周期Tg:即建筑场地自身的周期,是建筑物场地的地震动参数,在地震影响系数曲线中,水平段与下降段交点的横坐标,反映了地震震级震源机制(包括震源深度)、震中距等地震本身方面的影响,同时也反映了场地的特性;如软弱土层的厚度,类型等场地类别等。
抗震设计规范中,设计特征周期Tg与场地类别有关:场地类别越高(场地越软),Tg越大;地震震级越大、震中距离越远,Tg越大。Tg越大,地震影响系数α的平台越宽,对于高层建筑或大跨度结构,基本周期较大,计算的地震作用越大。
场地卓越周期Ts:地震波在某场地土中传播时,由于不同性质界面多次反射的结果,某一周期的地震波强度得到增强,而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。场地卓越周期只反映场地的固有特征,不等同于设计特征周期。其由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求的。
场地脉动周期Tm:应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。测试应在环境十分安静的情况下进行,场地的震动类似人体的脉搏,所以称为“脉动”。场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征,与强地震作用下场地的动力特性既有关联,又不完全相同。
场地卓越周期、特征周期对建筑物的影响
自振周期避开特征周期可以减小地震作用。当结构的自振周期超过设计特征周期时,地震作用就会随其自振周期的增大而减小。当结构的自振周期小于0.1s时,地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期,但一般不大于6.0s。
自振周期与场地的卓越周期相等或接近时地震时可能发生共振,震害比较严重,反之震害就小,国内外根据震害研究表明,在大地震时,由于土壤发生大变形或液化,土的应力——应变关系为非线性,导致土层剪切波速Vs发生变化。因此,在同一地点,地震时场地的卓越周期将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。
如果仅从数值上比较,场地脉动周期Tm最短,卓越周期Ts其次,特征周期Tg最长
参考资料
最新修订时间:2023-06-07 11:38
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概述
定义
分级
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