近断层地震动作用下隔震结构研究现状(Ⅰ)——地震动特性影响与隔震结构参数优化

唐山，中国唐山‘”３
１９７６
７．８
ｌ
５
竖向 水平
０．９２５
０．３２０
３０．２５
９．５５ ３．６５
因皮里尔河谷，美国加州…
１９７９
６．５
２
竖向 水平
０．５２７ ０．３８２
Ｏ．３２１
８．１０
３．２３
３．５０
１９．４０
１５．８５
马姆莫斯湖，美国加州Ｉ７９
竖向 水平
４．２４
０．６１２
６５．７ｌ
１２．８６
ｌＯ．２０ ３．７ｌ
圣萨尔瓦多，萨尔瓦多…
１９８６
５．８
１
竖向 水平
０．４８０ ０．５３７ ０。５８２ ０．４９８ ０．５４６ ０．４６２ ０．３９７
０．８２４
２．３７
４３．３３
１０．４２ ５．０２
洛马普列塔，美国…
１９８９
６．９
４
竖向 水平
２９．７８
９．８７
７７．９４
２１．７０ ３．２６
２．１
滑冲脉冲效应与方向性效应 文献［１２］对比了远场地震动（ＥＬＣ）和近场长
周期地震动（集集强震记录ＴＣＵ０５２）中隔震桥梁的 地震反应，研究结果（图２）表明ＴＣＵ０５２地震动作 用下的支座位移比ＥＬ．ｅｅｎｔｒｏ地震动作用下支座位 移最大达到８倍，速度脉冲效应越大（ＴＣＵ０５２的 ＰＧＶ／ＰＧＡ最大为０．４６）的地震动支座的位移越大， 在ＴＣＵ０５２地震动作用下隔震支座的位移达到了 ４００ｍｍ，超过其设计极限值。文献［１３］在研究近断 层地震动脉冲和远场地震动对隔震结构性能影响时 发现，含破裂方向性效应和滑冲效应的地震动伴随 着明显的速度脉冲，脉冲型地震动的特点如速度脉 冲、长周期、大的瞬时能量明显会导致过大的隔震层 位移，可能是造成近断层区域隔震结构发生破坏的 主要原因。
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图１
Ｆｉｇ．１
中国地震带分布…
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ＥＬＣ ＴＡＦＥ ＴＣＵ０５２ ＴＣＬ¨１６５ １℃Ｕ【砺８ ＴＣＵ０７９ ＴＣＵｌ０２
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ
ｉｎ
ｃｈｉｎａ…
１℃Ｕ１２２
１近断层地震动 自上世纪７０年代以来，相继发生的大地震如美 国北岭地震、唐山地震、台湾集集地震、美国加州地 震、汶川地震等都是由于地震断层错动引发的，表ｌ 列出了部分断层地震中的近断层地震动记录‘８—０【。 对于近断层地震动作用，在近断层区域的震害较远 离地震区域的震害要大的多，如在汶川Ｉ地震中总死 文献［１４］通过研究发现含前方向性和滑冲效 应的脉冲型地震动（如图３所示）的卓越周期在长 周期段（Ｔ＞１．２ｓ）时，含滑冲效应的脉冲型地震动
图３近断层地震动的速度时程…１
Ｆｉｇ．３ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｉｍｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｎｅａｒ．ｆａｕｌｔ ｇｒｏｕｎｄ
ｍｏｔｉｏｎｓ…
具有更大的谱加速度值，结构响应更大，并以一个周 期为３．６１ Ｓ的隔震结构进行动力时程分析，结果表 明含滑冲效应的脉冲型地震动作用下的隔震层位移 比含前方向性地震动作用大ｌＯｃｍ。文献［１５］通过 定义脉冲影响系数来表示由滑冲效应和前方向性效 应对隔震结构反应的差异，结果表明滑冲脉冲相比
ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ＆ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ
ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓ
ａｒｅ
ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ－ｌｉｍｉｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｄｅ，ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ
ｐａｒａｍｅｔｅｒ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ
ｓｅｃｏｎｄ—ｏｒｄｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅａｒ－ｆａｕｌｔ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｓｅｉｓｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｂａｓｅ・ｉｓｏｌａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｅ－ｍａｉｌ：７５７０５１０５６＠ｑｑ．ｃｏｍ
ｂｌｕｎｔ ｅｆｆｅｃｔ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｓｉｄｅｓ ｅｆｆｅｃｔ，ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ａｌｓｏ
ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｎｅａｒ・ｆａｕｌｔ
Ａ
［中图分类号］ＴＵ３５２．１
Ｓｔａｔｅ．．ｏｆ－ｔｈｅ．ａｒｔ ｏｆ Ｂａｓｅ．ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ Ｎｅａｒ．ｆａｕｌｔ
Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓ（Ｉ）
——Ｉｎｎｕｅｎｃｅ
ｏｆ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ
记录 地震名称及发生时间 年份 震级Ｍ
平均峰值
平均地 面速度 ＰＧＶ（ｃｍ／ｓ）
２１．３５
平均峰值
地面位移 ＰＧＤ（ｃｍ）
６．０２
平均 断层距 Ｒ（ｋｍ）
组数
方向
地面加速度 ＰＧＡ（ｇ）
水平 马那瓜，尼加拉瓜‘８１
１９７２
６．２ １
０．４２１ ０．３７７ １．１２４
３．５ｌ
竖向 水平
１３．６９
３．１０
近断层地震动作用下隔震结构研究现状（Ｉ）
——地震动特性影响与隔震结构参数优化
唐承志，张永山，汪大洋，何超波（广州大学土木工程学院，广东广州５１０００６）
［提要］ 隔震技术已成为结构抗震的有效控制手段之一，并在国内外很多工程中得到成功应用，被认为是保护结构免受地
震损伤最具工程价值的技术之一。本文总结了滑冲脉冲效应、方向性效应、上下盘效应、竖向地震动等近断层地震动特性对 隔震结构抗震性能的影响，讨论了近断层地震动作用下隔震结构参数优化研究。通过对近断层区域隔震结构研究进展分析， 从近断层区域内地震动的研究、隔震结构设计规范、隔震结构参数优化研究、隔震结构二阶效应、隔震的应用前景等方面，指 出了近断层地震动作用下隔震结构研究与应用尚待进一步完善的若干问题，并提出了下一步研究的建议。 ［关键词］ 近断层地震；地震动特性；隔震结构；参数优化 ［文献标识码］
第３７卷第４期
２０１５年８月
工程抗震与加固改造
Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ
Ｖ０１．３７，Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１５
［文章编号］１００２—８４１２（２０１５）０４－００７４－０９
ＤＯＩ：１０．１６２２６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８４１２．２０１５．０４．Ｏｌ １
万方数据
第３７卷第４期
唐承志，等：近断层地震动作用下隔震结构研究现状（Ｉ）
・７５・
测水平仍然有限心Ｊ，地震发生机理并没有完全掌 握，且断裂层带具有潜伏性，在一些近断层区域不可 避免地修建房屋、桥梁等工程结构。 隔震技术的出现改变了结构传统抗震方式，变 “抗”为“控”是抵抗地震灾害发展进程中突破性的 一步。目前，隔震技术已经广泛应用于各国的土木 工程建设领域中¨’５１，并在许多大地震中得到充分 检验（如１９９５日本阪神地震中西部邮政大楼”１、 ２０１０年东日本大地震中日本仙台森大厦¨１都丝毫 未损），同时亦在抗震救灾中发挥了至关重要的作 用（如２０１０年芦山地震中芦山县人民医院Ｈ１为该 市唯一没有损伤的医院）。即便部分工程结构采用 了隔震结构设计方式，有效提高了结构的抗震性能， 但对于遭遇强脉冲、方向性效应的近断层地震动作 用，隔震结构的动力响应仍为广大研究人员关心的 重点。本文分两部分系统总结了近断层地震动作用 下隔震结构与隔震装置的动力特性、参数影响与优 化分析技术，第一部分（本文）主要针对方向性效 应、滑移脉冲效应、上下盘效应、竖向地震动等地震 动特性对隔震结构的影响进行概括和总结，综述了 近断层地震动作用下隔震结构的参数优化分析技 术，并对该领域研究中尚存的一些问题提出了相关 建议。关于水平、三维隔震装置及其限位技术的抗 震性能研究将在第二部分进行系统归纳。
［收藕日期】２０１５—０５—０５ ［基金项目】
国家自然科学基金（５１３７８１３５，５１４０８１４０）
于地震发生的中心，在震中断层附近，地震损失最为 惨重旧１。虽然《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１
１．
教育部博士点基金（２０１３４４１０１２０００３）
广东省优秀青年教师基金（Ｙｑ２０１４０２）
２０１０）¨１规定，重要的建筑（如核电站，生命线工程、 大型公共建筑等）应避开断层，但目前对于地震预
我国是世界上地震灾难最为严重的国家之一 （如图１所示）。地震发生频度、强度及波及范围都 很大，且绝大多数都为震源深度在２０公里以内的近 断层地震动。２０世纪以来，我国发生６级以上地震
８００次，８级以上强震１５次，遍布除贵州、浙江两省 和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖 市…，造成了巨大财产损失和人员伤亡。如汶川大 地震中死亡超６．９万，损失８４５２亿元，且犹以震中 断层附近区域地震造成的震灾最为严重，汶川县处
图２不同地震输入下桥梁支座变形图…
Ｆｉｇ．２
Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｂｅａｒｉｎｇｓ
ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｔｌ２】
万方数据
工程抗震与加固改造
表１近断层地震动记录
Ｔａｂｌｅ １
Ｎｅａｒ－ｆａｕｌｔ ｇｒｏｕｎｄ
２０１５年８月
ｍｏｔｉｏｎｓ ｒｅｃｏｒｄｓ
９．２９