地震场地卓越周期的计算方法研究

摘要

建筑物受场地自振影响产生受迫其振现象是使其在地震过程中发生损坏的主要原因，准确估计场地卓越周期， 可为建筑前期设计提供参考，能够有效减少高大建筑展害情况的发生。传统的确定场地卓越周期计算方法存在模型过于简化或算法过于复杂等问题，为此提出了一种高效简单谐波激励谱法，并对斜入射地震波作用下场地卓越周期计算方法进行了探索。 本文将场地自由波场简化为弹性成层半空间模型一维波动问题，依据界面子波方法，结合分层均匀介质中的地震波理论，将不同周期的简谐波作为入射地震波，分别与场地脉冲响应进行卷积运算， 得到不同周期简谐波引起地震反应，从而获得各个周期简谐波作用下产生的场地最大反应值，这些最大反应值与简波周期构成的频谱本文称之为谐波激励谱，根据其极值特征可选取场地卓越周期。按照上述方法编写了Matlab程序，并通过工程实例验算证明了该方法的可靠性，据此进一步讨论了不同的场地土层结构如覆盖层厚度、软硬夹层位置、基岩软硬程度、地震波入射角度等因素对于场地卓越周期的影响情况，并取得以下几点认识: (1)通过对比不同因素对于场地卓越周期的影响结果可知， 场地卓越周期受理盖层影响最为明显，具体表现为场地卓越周期值随覆盖层层厚的增大而增大，且当场地土覆盖层厚度在10～20m范围内，场地卓越周期随层厚的变化较小，当覆盖层大于30m时，场地卓越周期T受场地土覆盖层厚度影响明显，随着场地层厚的增加场地卓越周期对场地反应的影响范围逐渐增大。 (2)实际的工程场地中夹层和互层现象的出现使场地卓越周期明显增大，且软弱夹层较之坚硬夹层对场地卓越周期的影响更为明显，软弱夹层埋深的增加使得场地卓越周期值增大;而坚硬夹层在场地剖面的层序中，埋深越浅，场地自振周期时长越长。 (3)本文通过改变基岩波阻抗参数，计算得到考虑基岩影响的场地卓越周期，研究了基岩对场地自振特性的影响。研究表明，尽管基岩变形性质不会影响场地卓越周期的取值，但是却增大了其影响范围，对设计建筑物避让场地卓越周期产生不利的影响。 (4)本文还对溶液激励谱法的二维模型应用进行了初步探索，发现地震波的倾斜入射场地卓越周期有一定影响，在一定范围内，随着入射角度的增加， 场地的卓越周期逐渐渐减小，且以15° 为角度可以看出，入射小于15° 时，卓越周期减小的不明显当入射角大于15° 角时，场地卓越周期减幅增大，卓越值小明显。

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