[2017年整理]结构自振周期是结构自由振动的周期

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1、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

2、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 分 级卓 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

3、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. 几 种 周 期 及 相 关 概 念自 振 周 期 T： 结 构 按 某 一 振 型 完 成 一 次 自 由 振 动 所 需 的 时 间 ，是 结 构 本 身 的 动 力 特

4、 性 ， 与 结 构 的 高 度 H、 宽 度 B 有 关 。 基 本 周 期 T1:是 指 结 构 按 基 本 振 型 完 成 一 次 自 由 振 动 所 需 的时 间 。 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

5、 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

6、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

7、 ； 地 震 震 级 越 大 、 震 中 距 离 越远 ， Tg 越 大 。 Tg 越 大 ， 地 震 影 响 系 数 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

8、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

9、 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 。 场 地 卓 越 周 期 、 特 征 周 期 对 建 筑 物 的 影 响自 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

10、 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

11、 离的 变 化 而 变 化 。 如 果 仅 从 数 值 上 比 较 ， 场 地 脉 动 周 期 Tm 最 短 ， 卓 越 周 期 Ts其 次 ， 特 征 周 期 Tg 最 长结构自振周期是结构自由振动的周期；结构基本周期是结构自振周期中最长（数值最大）的那个；场地卓越周期是场地自振周期中最容易被（地震）激励起的周期；场地特征周期（设计特征周期）是设计地震反应谱曲线上平台段结束（最右端）的同期值.确定场地卓越周期 T 的方法及分类为: 第一 , 当场地内有强震记录时, 通过频谱分析确定地震动卓越周期, 这里称之为记录卓越周期,以 T r 表示。第二 , 由常时微动测试分析确定, 称为测试卓越周期

12、,以 T m 表示。第三, 根据场地分层剪切波速测试结果按公式 (1) 计算之, 称为波速卓越周期, 以 T V 表示。笔者记为: T r 是真实反应地震动的卓越周期, 即工程抗震所需的场地卓越周期真值; T m 是接近场地固有周期的卓越周期; T v 是与场地固有周期相比有一定误差(有时相当大) 的卓越周期。因此, 当工程场地范围内有适宜的强震记录时, 抗震设计应首先选用 T r, 其次可选用T m , 尽量避免选用 T v (除非地基土层基本满足均匀平行的条件)。由于适宜的强震记录不易获得, 且因地层结构及局部地形地貌的改变有较大的变化, 所以工程应用中多由常时微动测试分析确定卓越周期。（

13、1）象搞高层建筑、桥梁等，地质或岩土工程师会被要求提供场地的卓越周期，一般也是参考地区经验值。比较粗略，但偏安全。（2）地震烈度达到 7 度，结构设计一般要进行动力分析。提供的东西多啦，地质人员需要做专门的谱分析。建议地震反应谱和动幅值其实是把典型地震谱按工程区的地震加速度放大或缩小，关键还是地震风险分析的可靠性和典型强震历时曲线的选取起作用。很幸运，本人 2003 年亲自搞过大坝地震风险性概率分析即国内的超越概率，国内一般是委托国家地震局权威机构进行，但我参与的国际项目要求地质人员就应该会实际上没几个人会，连大学的教授明白的也不多，除非专门研究地震的专业人士。很骄傲，报告 pass 啦。有人

14、研究这个的可以交流交流。场地卓越周期是场地土的基本周期，通过地脉动的测量资料可以求得场地土的卓越周期；场地的特征周期是在抗震规范中给出的地震影响曲线中特征点的对应周期，地震影响曲线是设计反应谱理论的一种表达形式，特征点是人为设定的设计控制值，不仅与场地条件有关，而且还与设计地震的假定有关。对土的动力特性的测定，除了抗震设计之外，还有其他的许多用途；即使是抗震设计，也有各种方法，抗震规范中的设计反应谱理论也仅是最常用的一种常规方法，对于重要的工程也还需要作地震反应分析。抗震规范中，在地震影响曲线上的特征周期的选用是一种通过处理的经验设计方法，配合这种方法需要测定波速或者根据经验方法来确定场地的类

15、型。卓越周期是强震记录的基本周期，或指场地土的基本周期；也可认为是“场地脉动时的主导周期”篇新闻报道本报日前报道的一住宅与周边工厂设备发生“共振” ，以致居家出现摇晃现象，今后有望在上海新建楼盘内得到根本解决。记者昨天从市地震工程研究所获悉，上海已经完成上海市地震安全性评价细则的制定，规定凡建设高过百米、面积在 10 万平方米的楼房，都得先在建址把“地脉” 。 市地震工程研究所所长、研究员沈建文告诉记者，去年开始，市计委、地震局、法制办就联合起草了上海市地震安全性评价细则，到目前为止，已完成相关内容的制定。其中对建 100 米高、面积在 10 万平方米的工程，提出了明确要求：即在项目立项审批的

16、同时，必须对建设地进行钻孔探测，取得相关地脉动数据，并认定不妨碍建成后使用，方由设计单位设计建筑方案。其实每幢建筑物都有其振动频率，但通常情况下，人们在绝大多数楼房中根本感觉不到振动存在，只有在建筑物振频与外界合拍，即叠加时，产生“共振” ，并且 “共振”频率超过一定数值时，人才会明显感到不适。市地震局刘昌森研究员说，我们要做的，就是避免“共振”的产生及达到一定数值。沈建文称，随着上海城市地下轨道交通的快速建设，在周边盖房建楼，前期测“地脉” 不仅必需，而且非常必要。因为，虽然上海的住宅及楼房设计标准很高，一般建设桩基都深达地下 16 米以上，结构也没问题，偶然出现的住宅间歇性“共振” ，应该不会动摇整幢楼的根基，但从人的居住舒适度来说，毕竟还是个事儿。据市地震工程研究所从事这项测试的周江南介绍，测试“地脉” 主要有两种形式：一种是专为重大工程或高精密度厂房建设，提供地震安全性评价报告，这项测试比较复杂，在测试时，必须在在建址处两个对应点，向地