汶川地震近斷層地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)特征分析

陳 波 謝俊舉 溫增平

(中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081)

從汶川地震獲取的64組近斷層記錄中分別選取8條典型速度脈沖型加速度記錄和8條非速度脈沖型加速度記錄，作為結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的地震動(dòng)輸入；選擇具有不同自振特性的3層、11層和20層典型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建立有限元分析模型。分別計(jì)算這些結(jié)構(gòu)在速度脈沖型與非速度脈沖型記錄作用下的層時(shí)變形，對(duì)比研究具有不同自振特性結(jié)構(gòu)的層時(shí)變形特征。

為減少加速度反應(yīng)譜的差異對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，充分揭示速度脈沖型記錄特殊的工程特性，對(duì)所選擇的強(qiáng)震記錄采用時(shí)域疊加小波函數(shù)法進(jìn)行調(diào)整。在盡可能保持原始地震記錄脈沖特征的情況下，使得調(diào)整后的地震加速度反應(yīng)譜在周期段（0.2T1～1.5T1）內(nèi)與目標(biāo)譜保持一致（圖1）。

研究表明，在汶川地震速度脈沖型記錄與非速度脈沖型記錄作用下結(jié)構(gòu)層時(shí)變形有明顯差異，并與結(jié)構(gòu)自振特征有關(guān)。

（1）在兩組加速度反應(yīng)譜一致的前提下，與非速度脈沖記錄相比，速度脈沖記錄對(duì)低層結(jié)構(gòu)的層時(shí)平平反應(yīng)影響的差別較小，而隨著結(jié)構(gòu)層數(shù)的增高，速度脈沖記錄對(duì)結(jié)構(gòu)層時(shí)平平響應(yīng)的影響逐漸明顯。結(jié)構(gòu)層時(shí)平平變形的離散性也表現(xiàn)出類似特征。非速度脈沖地震動(dòng)對(duì)受第一振型控制的中低層結(jié)構(gòu)層時(shí)變形影響較大；速度脈沖型記錄則更容易激發(fā)高層結(jié)構(gòu)的高階振型的響應(yīng)，因而產(chǎn)生較大的變形。

（2）與集集地震和北嶺地震近斷層速度脈沖型地震動(dòng)作用下的高層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大彈塑性變形相比，汶川近斷層多層和高層結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較小。這可能與汶川地震速度脈沖型地震動(dòng)長(zhǎng)周期效應(yīng)較弱有關(guān)。

圖 1調(diào)整后記錄的加速度反應(yīng)譜與目標(biāo)譜的比較

（3）由于地震動(dòng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，反應(yīng)譜并不能完全反映地震動(dòng)的工程特性，結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)會(huì)因地震動(dòng)有無(wú)速度脈沖而有不同表現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和評(píng)估中，特別是對(duì)于高層結(jié)構(gòu)，在考慮地震動(dòng)反應(yīng)譜特征的同時(shí)，應(yīng)擬理地考慮速度脈沖型地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震安全的影響，并應(yīng)選擇多個(gè)地震事件的速度脈沖記錄。