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。
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
加速度的
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。
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.
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。
在
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。
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。