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1、第三课地震地面运动特性及设计地震动l地震地面运动（地震动）特性l基岩地震动l桥梁场地地震动l桥梁设计地震动l非一致地震输入一、地震地面运动的特性地震动是地震和结构抗震之间的桥梁，又是结构抗震设防的依据。地震动与常用荷载的差别：1) 常用荷载以力的形式出现，而地震动则以运动方式出现；2) 常用荷载一般为短期内大小不变的静力，地震动则是迅速变化的随机振动；3) 常用荷载大多是竖向的，而地震动则是水平、竖向甚至扭转同时作用的。地震动分量地震动三要素l振幅l 频谱：振幅-频率关系曲线l持续时间频谱分析地震加速度时程及其功率谱和反应谱地震动加速度纪录：加速度(g)加图1.7 埃尔森特罗地震动记录（194
2、0年美国地震）速度(g)加速度(g)强震动记录：用强震加速度仪，简称强震仪记录不同地震的强震记录地震动特性的影响因素：震源传播介质与途径局部场地条件目前已经可以对地震动进行合理的估计：地震危险性分析-基岩地震动-场地地震动二、基岩地震动决定因素：震源机制传播介质与途径地震重现期：大地震，强地面运动影响范围大、持续时间长，地震记录的长周期成份较为丰富震源机制（地震发生的物理过程）用震源参数描述：断层面的走向,倾向,倾角,断层两盘的错动方向,幅度,震源断层长度等( ) 42 CCM01e3aCeRC峰值地面加速度里氏震级震中距典型衰减函数：断层破裂方向影响：下游比上游的峰值加速度大地震波传播按其在
3、地壳中传播的位置：体波和面波(1) 体波(在地球内部传播的波)P波（纵波，压缩波）（引起地面竖向振动）介质质点的振动方向与波的前进方向a）P 波（压缩波）b）S 波（剪切波）图1.4 体波运动特征示意图一致。可以在所有介质中传播，周期短，振幅小，波速快，在地壳内的速度一般为2001400m/sS波（横波，剪切波）（引起地面水平振动）介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，只能在固体介质中传播，周期长，振幅大，波速慢，在地壳内的波速一般为100800m/s(2) 面波(L波,在地球表面传播的波）瑞利（Rayleigth）波和乐浦（Love）波介质质点振动方向比较复杂。与体波相比，面波的周期较长，振
4、幅较大，衰减慢，传递距离远，波速较慢（约为S 波波速的0.9倍）。图1.5 面波运动特征示意图P波L波S波图1.6 地震记录示意图地形放大效应地形可能会对局部地面运动有很大的影响。陡峭山脊对基岩加速度起放大和过滤作用。地震危险性分析地震危险性（Hazard）：某一场地（或某一区域、地区、国家）在一定时期内可能遭受到的最大地震破坏影响，可以用地震烈度或地面运动参数来表示。概率方法：l查明工程场地周围地震环境和地震活动性；l判定并划分出潜在震源的位置、规模和地震活动频度，给出可能的震源模式，确定各潜在震源的发震概率；l根据地震动衰减规律和地震危险性分析的概率模型，计算出场地不同地震动参数的概率曲线
5、，给出不同概率水准下的地震动参数峰值，得到基岩的地震反应谱，以及地震持续时间。三、桥梁场地地震动1、局部地质条件对地震动参数的影响SmaxS墨西哥地震反应谱图公路抗震规范反应谱10 T0.1 Tg02、场地土层地震反应分析一维场地土模型：覆盖在基岩上的一系列完全理想的已知层厚、土特性的水平成层模型。基岩地震输入：基岩地震加速度反应谱 标准化处理 目标反应谱（危险性分析获得）地震安评报告及地震安评规范基岩加速度时程四、桥梁设计地震动l 地震加速度（位移）反应谱l 地震加速度（位移）时程记录加速度反应谱与标准反应谱的1、地震加速度反应谱比较设计反应谱SmaxS+=gggTTTTSTTsSsTTSS
6、)/(1.01.0)45.05.5(maxmaxmax式中：Tg为特征周期（s），T为结构自振周期（s），Smax为水平设计加速度反应谱最大值。ACCCS dsi25.2max =公路抗震规范反应谱规范反应谱 地震安评报告提交的设计反应谱参数10 T0.1 Tg0式中：Ci为抗震重要性系数，Cs为场地系数，Cd为阻尼调整系数，A为水平设计基本地震动加速度峰值。若阻尼比为5%，则Cd=155.07.106.0 05.01 += xxdC2、地震加速度时程l直接利用强震记录（地震加速度峰值、场地条件、持续时间）l采用人工地震加速度时程（根据地震安评报告选用；规范设计反应谱拟合：三角级数法、随机脉冲
7、法、自回归法等）一般要选取多组地震加速度时程以供比较分析。美国AASHTO规范规定为5组；我国公路桥梁抗震设计细则和城市桥梁抗震设计规范规定不少于3组，计算结果取3组最大值，如果7组可取平均值。l规范标准化地震加速度时程（日本规范提供了18组人工地震时程记录）3.地震动输入模式我国规范规定：纵向或横向地震力验算分别进行，不考虑正交地震力的合成。大跨结构、悬臂结构及拱式结构应考虑竖向地震作用。反应谱法： 222 ZYX EEEE +=欧洲规范、美国AASHTO规范：三个方向上的正交地震力组合，即E E EE E EE E EX Y ZX Y ZX Y Z+ + + +030 030030 030
8、030 030. . . .时程分析法：同时输入三个方向分量的一组地震动。4.地震效应组合我国规范规定：永久作用：结构重力、预应力、土压力、水压力。地震作用：地震动作用和地震土压力、水压力等。作用效应组合：永久作用效应+地震作用效应的最不利效应。轨道交通桥梁：考虑部分活载的作用。五、非一致地震输入l桥梁长度很长：各支承点可能位于显著不同的场地土上，应考虑地面运动的空间变化性，进行不同步输入。（当存在地质不连续或明显的不同地貌特征,或桥长大于600m时,要考虑地震运动的空间变化性。）l桥梁墩台具有深基础时（如桩基)：不同深度的地震时程可能不同，要进行多点输入。多点不同步输入与行波效应多点地震动的
9、选取：l强地震记录l人工加速度时程（一维模型？二维模型！）二维场地地震反应分析某千米级斜拉桥场地地震反应计算的有限元模型（覆盖土层深度：260306m，土层水平长度：5243m）0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4最大绝对加速度（m/s2）2500-1h2500-2h2500-3h桥墩号 不同土层模型,不同地震输入下各墩位加速度最大值0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.51.01.52.02.5最大绝对加速度（m/s2）桥墩号4#1h(均匀）2500-1h（一致）2500-1h（ 1500）2500-1h（ 3000）2345反应谱beta值41h(均匀）4#2500-1h(一致）4#2500-1h(1500)4#2500-1h(3000)0 2 4 6 8 1001周期T(s)不同土层模型,不同地震输入下北主塔处反应谱
