【摘要】本文根據(jù)大跨度柔性結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性考慮地震動(dòng)長(zhǎng)持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的地震影響。
關(guān)鍵詞 地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間 大跨度柔性結(jié)構(gòu)
許多強(qiáng)地震的宏觀震害現(xiàn)象說(shuō)明，超過(guò)一定強(qiáng)度的地面運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間是造成結(jié)構(gòu)物嚴(yán)重破損的重要因素之一。
由表1所列出的實(shí)震記錄資料說(shuō)明：有的地震地面運(yùn)動(dòng)加速度接近0.7g，但由于持續(xù)時(shí)間短（2s），震級(jí)只有4.7級(jí)，結(jié)構(gòu)無(wú)明顯破壞；而有的地震加速度只有0.024～0.0499，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60s，地震烈度達(dá)到Ⅵ～Ⅶ度；明顯看出地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間對(duì)地震烈度的影響，特別是長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)物應(yīng)該考慮地震動(dòng)長(zhǎng)持時(shí)的影響。
一、地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間及長(zhǎng)持時(shí)影響系數(shù)
地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為地震地面加速度絕對(duì)值｜a(t)｜＞kg的時(shí)間總和，k常取為 0.03～0.05，｜a(t)｜＞kg的持續(xù)時(shí)間對(duì)總持續(xù)時(shí)間的比值符合高斯正態(tài)分布：
根據(jù)對(duì)表1資料分析，標(biāo)準(zhǔn)差σ≈0.162g，當(dāng)ak=0.03～0.05g時(shí)，p(｜a｜＞ak）≈0.90～0.80，表1資料表明當(dāng)ak=0.03～0.05g時(shí)，長(zhǎng)持時(shí)地震烈度達(dá)Ⅵ度以上。
文獻(xiàn)1中給出了地震總持時(shí)見(jiàn)與震級(jí)M、震中距Δ（km）、場(chǎng)地的表達(dá)式：
式中基巖場(chǎng)地：A＝0.03525，B＝0.1763，C＝0.6169
土壤場(chǎng)地： A＝0.1080，B＝0.1072，C＝0.6506
計(jì)算表明，震級(jí)隨著持時(shí)見(jiàn)的增加而增加，在M=8級(jí)地震時(shí)場(chǎng)地條件影響較小（兩條曲線近乎重合）。
由（2）式震級(jí)表達(dá)式為
ζ作為地震長(zhǎng)持時(shí)（Tb＞3～5s）的影響系數(shù)（以巖石地基為基礎(chǔ)傳遞，覆蓋層厚度為40m，曾有學(xué)者采用lgTD。表2給出地震長(zhǎng)持時(shí)影響系數(shù)ζ表，由表可見(jiàn)，lgTd系數(shù)與Δ=200km時(shí)的l系數(shù)一致。
因此，對(duì)于長(zhǎng)持時(shí)地震的結(jié)構(gòu)應(yīng)按下式：
或
求得的反應(yīng)譜參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。
二、長(zhǎng)特時(shí)結(jié)構(gòu)地展反應(yīng)槽的修正
一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是短周期（ T＜3～5s）的地震反應(yīng)譜，對(duì)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)譜應(yīng)作出修正，特別是對(duì)大跨度斜拉橋、懸索橋等柔性結(jié)構(gòu)。
根據(jù)表1長(zhǎng)持時(shí)地震（Td=60s）的資料對(duì)圖1中規(guī)范地震影響系數(shù)曲線長(zhǎng)持時(shí)部分進(jìn)行修正：
圖1實(shí)線所示為長(zhǎng)周期修正曲線。
三、大跨度柔性結(jié)構(gòu)地震設(shè)計(jì)
由大跨度結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析得到各振型的特征值fi或Fi，以下Fi作為結(jié)構(gòu)地震加速度絕對(duì)值｜a｜＞0.039的持時(shí)，結(jié)構(gòu)總持時(shí)Td=Fi/p（｜a｜＞0.039）=Fi/0.9≈1.lFi，由Td按上述計(jì)算修正地震影響系數(shù)a修和地震長(zhǎng)持時(shí)影響系數(shù)ζ，長(zhǎng)持時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震影響系數(shù)為
αmax根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載組合和地震烈度選用，對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)自重和地震作用組合下，采用第三水準(zhǔn)烈度，即50年超越概率2％～
3％的地震進(jìn)行分析，這時(shí)結(jié)構(gòu)的非彈性變形仍控制在"大震不倒"的狀態(tài)。
X X大橋?yàn)橹骺?385m懸索橋，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征分析表明：第1階振型為對(duì)稱側(cè)向撓曲振型，f1=0.051Hz，T1＝19.6s；第6階振型為王梁振動(dòng)為主的振型，fi＝0.1428Hz，T6＝7.0s;第15階振型為對(duì)稱扭轉(zhuǎn)振型，f15＝0.2625Hz，T15＝3.81s；第39階振型為主塔振動(dòng)為主的振型，f39=0.6759Hz，T39＝1.48s；
地震設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度時(shí)，αmax＝0.50（50年超越概率2％～ 3％），震中距Δ＝200km，按上述方法分別求得地震影響系數(shù)為表3。
因此，對(duì)類似的大跨度結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的很大差異，應(yīng)分別采用不同的地震影響系數(shù)進(jìn)行地震設(shè)計(jì)，上例中梁部結(jié)構(gòu)可采用一個(gè)地震影響系數(shù)a'＝0.l，而主塔振動(dòng)頻率高，周期短，應(yīng)采用與橋跨結(jié)構(gòu)不同的系數(shù)，輸入的地震波形也應(yīng)分別采用長(zhǎng)持時(shí)與短持時(shí)為特征的地震波，選取不利者控制設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
［l］章在墉編著，地震危險(xiǎn)性分析及其應(yīng)用．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.1
[2]范立礎(chǔ)編著．橋梁抗震．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997．11
