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近断层脉冲型地震动对高层剪力墙结构地震反应的影响

来源:用户上传      作者: 龙海丰

  摘要:近断层地震动作为近年来地震工程研究的热点问题,其对建筑结构的强烈破坏性引起了学术界的强烈关注。本文选取近断层脉冲型实际地震动记录,针对一栋高层剪力墙住宅建筑进行弹塑性时程分析,分析脉冲型地震动对高层剪力墙结构的强破坏性,为高层剪力墙结构抗震设计与优化提供参考。
  关键词:近断层地震动;脉动型;高层剪力墙;地震反应
  1引言
  近年来,近断层地震动已经成为地震学与地震工程学两个学科内的热点问题。近二十年来发生的几场大地震,如美国北岭地震(1994,1,17)、台湾集集地震(1999,9,21)都收集到了丰富的地震动数据,研究人员据此整理出了具有典型运动特征的地震动记录。大量的研究资料表明,由于处于近断层区域地震动往往具有大脉冲、长周期、高峰值等与远场地震动显著不同的特性,更容易对结构造成严重的破坏,所以以近断层地震动作为研究对象具有实际意义。
  关于近断层地震动的定义在学术界尚未统一,大多数学者是将距离断层破裂面小于20公里以内的区域称作近断层区域[1],在这一区域收集到的地震动记录一般称之为近断层地震动记录。
  与远场地震动不同的是,近断层地震动具有长周期、大峰值以及速度脉冲等特点。研究人员根据大量的近断层地震动记录资料分析以及相关数值模拟,总结出了其主要运动特征包括集中性、破裂向前方向性效应、上盘效应、速度脉冲以及滑冲效应。本文以近断层地震动记录作为输入,计算结构的地震反应,分析地震动的强度度量参数,得到对抗震设计有用的结论。
  近年来,在高层住宅结构中,剪力墙结构得到了广泛的应用。由于剪力墙结构刚度大,整体性较好,具有较好的抗剪能力。对于以水平方向作用为主的地震输入,具有较强的抗震能力,因此,针对剪力墙结构抗震设计的研究,对高层剪力墙结构中剪力墙布置与优化具有很强的工程意义。
  本文选取近断层地震动记录,这些地震动记录来自实际地震,选取基于具有典型运动特征的脉冲型地震动记录作为地震输入,基于SAP有限元分析软件进行弹塑性时程分析,提取结构层间位移角等地震反应数据,分析近断层地震动记录下高层建筑结构实际反应。
  2近断层脉冲型地震动特性参数
  本文选取具有典型脉冲特性的近断层地震动记录[9],即来自台湾集集地震(1999,9,21,震级MW=7.6)和美国北岭地震(1994,1,17,震级MW=6.6)。这两次地震动都得到了典型的近断层地震动记录,其中,集集地震还收集到了无脉冲地震动记录,具体地震动参数如表1所示。
  从图2可以看出,无脉冲地震动作用下,剪力墙结构在各层的位移角相差不大,说明高层建筑结构的基本振型影响不明显,而高阶振型起显著作用。而在滑冲效应和向前方向性地震动的作用下,高层剪力墙结构在顶部和底部的位移角有较为显著的区别,这说明,结构的基本振型被地震动作用激发,成为控制结构位移的主要作用。简而言之,分析近断层无脉冲型地震动和含脉冲型地震动作用对高层剪力墙结构的地震反应影响,脉冲型地震动作用下,高层剪力墙结构层间变形较大,容易使结构产生整体倒塌,对结构安全更为不利。
  4结论
  通过对单自由度双线性系统与高层剪力墙结构地震反应的分析,可以得到以下结论:
  (1)分析结果表明,近断层脉冲型地震动记录主要与结构的基本阵型相关;二无脉冲型地震动对结构的高阶阵型起主要作用。高层结构的基本阵型对结构抗震起决定性作用,因此,近断层含脉冲型地震动对建筑结构具有更强的破坏性
  (2)双线性SDOF系统与高层剪力墙结构地震反应具有较好的相似性,表明以单自由度系统作为高层建筑的简化结构进行地震反应分析是可靠的。
  参考文献
  [1]刘启方,袁一凡等.近断层地震动的基本特征[J].地震工程与工程振动.2006,26(1):1-10.
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  [8]中华人民共和国建设部.JGJ-3 2010高层混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
  [9]龙海丰.近断层地震动规格化反应谱和回归分析[D].大连理工大学硕士学位论文,2013
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