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地震時,從震源發出的地震波在土層中傳播時,經過不同性質地質界面的多次反射,將出現不同周期的地震波。若某一周期的地震波與地基土層固有周期相近,由於共振的作用,這種地震波的振幅將得到放大,此周期稱為卓越周期。

1 卓越周期 -定義

  predominant period 地震時,從震源發出的地震波在土層中傳播時,經過不同性質地質界面的多次反射,將出現不同周期的地震波。若某一周期的地震波與地基土層固有周期相近,由於共振的作用,這種地震波的振幅將得到放大,此周期稱為卓越周期。由多層土組成的厚度很大的沉積層,當深部傳來的剪切波通過它向地面傳播時就會發生多次反射,由於波的疊加而增強,使長周期的波尤為卓越。卓越周期的實質是波的共振,即當地震波的振動周期與地表岩土體的自振周期相同時,由於共振作用而使地表振動加強。巨厚沖積層上低加速度的遠震,可以使自振周期較長的高層建築物遭受破壞的主要原因就是共振。

2 卓越周期 -卓越周期分級

  卓越周期按地震記錄統計得到,地基土隨軟硬程度的不同有不同的卓越周期,可劃分為四級:一級——穩定基岩,卓越周期是0.1-0.2s,平均為0.15s。二級——一般土層,卓越周期為0.21-0.4s,平均為0.27s。三級為鬆軟土層,卓越周期在二級和四級之間。四級——為異常鬆軟的土層,卓越周期為0.3-0.7s,平均為0.5s.

3 卓越周期 -幾種周期及相關概念

  自振周期T:結構按某一振型完成一次自由振動所需的時間,是結構本身的動力特性,僅與結構的質量m、剛度係數k有關。
  基本周期T1:是指結構按基本振型完成一次自由振動所需的時間。
  基本振型:單質點體系在諧波的作用下的振型稱為基本振型:任一地震波都可以分解為若干諧波的疊加,多質點體系按振型分解法計算地震作用時,可以簡化為具有基本振型的等效單質點體系進行分析。而對建築結構而言,有時又稱為主振型,一般是指每個主軸方向以平動為主的第一振型。
  高階振型:相對於低階振型而言。一般來說,低階振型對結構振動的影響要大於高階振型的影響。對一般較規則的建築物,選擇的振型個數可以取其地震作用計算時的質點數(大多數情況下為樓層數),若質點數較多時,根據計算結果可以只取前幾個振型(即低階振型)進行疊加。
  特徵周期Tg:即建築場地自身的周期,是建築物場地的地震動參數,在地震影響係數曲線中,水平段與下降段交點的橫坐標,反映了地震震級,震源機制(包括震源深度)、震中距等地震本身方面的影響,同時也反映了場地的特性;如軟弱土層的厚度,類型等場地類別等。
  在抗震設計規範中,設計特徵周期Tg與場地類別有關:場地類別越高(場地越軟),Tg越大;地震震級越大、震中距離越遠,Tg越大。Tg越大,地震影響係數α的平台越寬,對於高層建築或大跨度結構,基本周期較大,計算的地震作用越大。
  場地卓越周期Ts:地震波在某場地土中傳播時,由於不同性質界面多次反射的結果,某一周期的地震波強度得到增強,而其餘周期的地震波則被削弱。這一被加強的地震波的周期稱為該場地土的卓越周期。場地卓越周期只反映場地的固有特徵,不等同於設計特徵周期。其由場地的覆蓋土層厚度和土層剪切波速計算求的。
  場地脈動周期Tm:應用微震對場地的脈動、又稱為「常時微動」進行觀測所得到的振動周期。測試應在環境十分安靜的情況下進行,場地的震動類似人體的脈搏,所以稱為「脈動」。場地脈動周期反映了微震動情況下場地的動力特徵,與強地震作用下場地的動力特性既有關聯,又不完全相同。

4 卓越周期 -場地卓越周期、特徵周期對建築物的影響

  自振周期避開特徵周期可以減小地震作用。當結構的自振周期超過設計特徵周期時,地震作用就會隨其自振周期的增大而減小。當結構的自振周期小於0.1s時,地震作用會隨其自振周期的增大而急劇增大。實際的建築結構的自振周期大都會大於設計特徵周期,但一般不大於6.0s。
  自振周期與場地的卓越周期相等或接近時地震時可能發生共振,震害比較嚴重,反之震害就小,國內外根據震害研究表明,在大地震時,由於土壤發生大變形或液化,土的應力——應變關係為非線性,導致土層剪切波速Vs發生變化。因此,在同一地點,地震時場地的卓越周期將因震級大小、震源機制、震中距離的變化而變化。
  如果僅從數值上比較,場地脈動周期Tm最短,卓越周期Ts其次,特徵周期Tg最長

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