大量的地震结构竖向与水平向加速度峰比值(V/H)产生影响

论文核心提示:

 摘要:大量的地震灾害的研究报告表明竖向地震作用对建筑结构的能造成较大的影响,相对于水平地震我国对竖向地震作用的研究还有待加强。本文简单地介绍了三种应用较为常见的竖向地震作用计算方法,并将其中的反应谱法与静力法做了简单的比较;阐述了对结构竖向与水平向加速度峰比值(V/H)产生影响的一些因素。   关键字:竖向地震;静力法;反应谱法;竖向加速度反应谱

  摘要:大量的地震灾害的研究报告表明竖向地震作用对建筑结构的能造成较大的影响,相对于水平地震我国对竖向地震作用的研究还有待加强。本文简单www.21cnlunwen.com地介绍了三种应用较为常见的竖向地震作用计算方法,并将其中的反应谱法与静力法做了简单的比较;阐述了对结构竖向与水平向加速度峰比值(V/H)产生影响的一些因素。
  关键字:竖向地震;静力法;反应谱法;竖向加速度反应谱
  中图分类号:TU31 文献标识码:A
  地震作用可以分为水平方向与竖直方向两个方向的作用,在以往的观念中,竖向地震作用对建筑结构所造成的破坏远不如水平地震作用所带来的大。但是自1995年日本的阪神大地震后竖向地震作用这一概念渐渐被人们所重视起来。
  我国现行的抗震规范中也只对在高烈度地区的高层建筑及一些特殊的大跨度、长悬臂结构才会在设计中考虑加上竖向地震作用对其的影响,而在一般的建筑设计中则不会考虑到竖向地震作用所带来的影响。根据水平与竖向地震作用加速度的比值(V/H比),我们可以据此了解某次地震中竖向地震作用相对于水平地震作用所带来的危害大小。根据多次的地震记录,在一般情况下,地震作用的加速度V/H比值大约在0.5~0.65左右,而在现有的国内外许多资料中,不难发现许多的地震记录中V/H比达到1甚至有竖向地震加速度超过水平地震作用加速度的记录。例如,1979年的美国帝国山谷地震[1]中V/H比值平均分布在0.77左右,但其中的最大值达到了2.4,1994年美国Northridge地震,记录到V/H比值约为1.79,1995年的阪神大地震和我国的唐山大地震的某次余震的记录中也发现,V/H比值约在1.0左右。
  综上所述,竖向地震作用的危险性不容忽视,在对地震灾害的防御措施中,必须要考虑到竖向地震作用对其的影响,尤其是在高烈度地区和地震频发区中更是不容忽视。由于V/H比值的不确定性,所以对其直接取值0.65是不准确的,对竖向地震作用的计算方法的研究也有待完善。
  1竖向地震作用计算方法介绍
  1.1 底部轴力法(静力法)
  其中为竖向地震影响系数最大值,规范中取水平地震影响系数最大值的0.65倍。
  1.2 竖向地震时程分析法
  1.4 静力法与反应谱法的计算对比
  2 竖向加速度反应谱
  我国目前的规范中尚未对竖向地震反应谱有明确的规定,只是将其视为与水平地震反应谱一致,仅仅只有最大地震影响系数稍有改变,其取值为水平地震最大地震影响系数的65%,这个取值有待商榷。正因为没有对竖向地震反应谱有明确的规定,国内外的许多专家学者在多次地震记录中都对竖向地震作用进行了研究,希望能找到准确的竖向地震反应谱。文献指出影响地震作用中V/H比率的因素包括当地的地形条件、相应的反应谱的周期、距离震源中心的距离以及地震的震级大小等。随着场地的距离增加V/H比率越来越小,在距离场地较近时,V/H值要大于0.65而离场地远时V/H值就有可能要小于0.65。
  除此之外,关于竖向加速度反应谱的研究中,徐龙军等人通过对33次的地震记录进行研究发现,在考虑到以上一些影响因素的情况下,对于地震竖向加速度的规整化和双规化反应谱来说,其能够表现出较好的一致性,并且有着良好的规律可循,因此可以将其视为设计竖向地震加速度的反应谱的一种依据。耿淑伟等人对大量强震中的V/H比值进行了研究分析发现了周期、场地条件以及震中距对V/H比值的一些具体影响。在场地周期较小时,规范中规定的取值是不足的,而当场地周期较大时,规范所规定的取值取又是偏于保守的。国外的有些专家在对竖向地震作用进行研究后也得到了与以上想法相类似的结论。
  相对于中国规范,欧洲的规范[14]中很早就叫考虑到了以上一些因素的影响,通过大量的研究后,欧洲规范对于竖向地震作用的加速度反应谱有了比较详细的规定,不仅考虑到了周期等因素,还考虑到了场地以及震中距对其的影响,除此之外它还将竖向反应谱的计算分为多个阶段和多个反应谱来计算以求得较为精确的值。
  结语
  本文利用一个较为简单的框架结构模型将规范中竖向地震作用的底部轴力计算法与竖向反应谱法进行了比较,发现一些问题,并对竖向加速度反应谱中有关V/H值的选择与影响因素做了一个分析,得到以下结论:
  在高烈度地区以及地震频发区竖向地震作用产生的破坏效果不容忽视。
  在框架结构中,有关竖向地震作用的计算,反应谱法比规范所采用的底部轴力法要精确些。
  随着楼层的增加,反应谱与底部轴力法计算所产生的结果的差距将会越来越大,所以对于高层建筑用底部轴力法所得出的竖向地震作用计算结果会偏小。
  竖向地震作用的反应谱的确定有待加强,其V/H比值不能简单的取为0.65,还应考虑到其他因素的影响。
  参考文献
  [1] 钱培风. 高层建筑的抗震问题[J] . 世界地震工程,1992, (3) .
  [2] 陈念英. 从日本阪神地震再谈地震作用的重要性[J]. 成都大学学报(自然科学版),1996, (3).
  [3] 程岩. 竖向地震作用对高柔结构的影响[J]. 西北地震学报,1999, 21 (4) :424 - 426.
  [4] GB50011 - 2010 建筑抗震设计规范[S] .
  [5] NiaziM, Bozorgnia Y. Behavior of near-source vertical and horizontal response spectra at SMART-1 array, Taiwan[J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1992, 21(1): 37 - 50.

 
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