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观点汇总(三)——“中日长周期地震动长周期结构地震作用”

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发言人:北村春幸(东京理科大学 教授)
主题:长周期地震动与高层结构响应及其对策
真正引起日本对长周期地震动关注的是2003年十胜冲地震(M8.0),在距离震源250km以外的苫小枚市港口的石油储罐由于受到长周期地震动的作用发生破坏而溢流进而引发火灾造成巨大损失,同时也对东京等大城市敲响了警钟。随着研究的深入对长周期地震动的认识越来越清晰。图1为苫小枚市港口的地震加速度波形记录,最大加速度只有几十gal,然而其振动时间达2~3分钟。图2为2003年十胜冲地震、1978年宫城县冲地震、1995年阪神地震、2011年3.11东日本大地震的地震动速度波形。与阪神地震相比可见,十胜冲地震、3.11东日本大地震等长周期地震动的振幅不大但持续时间很长。图3为日本3.11东日本大地震时距离震中300多km的东京都办公大楼的地震记录,地下3层记录最大加速度只有74gal,而顶部(48层)位移单向振幅达65cm。图4为距离震中700多km的大阪府办公大楼顶层位移分析结果,顶层(52层)最大加速度记录只有131gal,而顶部位移单向振幅达到132cm。
 
日本关于长周期地震动的对策:日本政府、学术团体以及民间对于长周期地震动开展了一系列的研究并在一些工程上采取了措施,随着研究的深入和认识的提高,对于长周期地震动的对策将会越来越丰富。
 
2003年十胜冲地震以后,日本内阁府中央防灾会议就将长周期地震动作为一项重要内容研讨,文部科学省组织推动相关研究工作,国土交通省同时推动相关法律法规的建立,气象厅也增加了对长周期地震动的信息发布和平台建设。2004~2006年日本建筑学会、土木学会组成联络小组推动关于长周期地震动的相关研究工作。2007~2011年日本建筑学会5年计划连续发表相关研究成果;地震调查推进本部进行震源模型研究,发布了长周期地震动预测地图2009试行版;防灾科学技术研究所进行了长周期地震动作用下超高层钢结构大型振动台试验,研究了其响应特征以及减震加固效果;国土交通部建筑指导课、国土政策综合研究所、建筑研究所于2008~2010年开展了长周期地震动波形生成方法的研究,于2010~2012年开展了关于超高层钢筋混凝土结构、钢结构、隔震结构在长周期地震动作用下安全性的研究。
 
长周期地震动的预测采用震源模型加以往记录经验回归的方法进行,图5为地震调查推进本部给出的将来可能发生的东海、东南海、南海三联动地震的震源分布图,如果该地震发生将影响日本大部分国土,并预测将有37万多人丧生。图6为北村等提出的基于经验回归的长周期地震动波形生成方法框图,其特点是考虑了震源、断层最短距离、震源距离以及场地系数,特别是对以前的预测方法考虑相位差分布与群延迟时间的影响进行了改进,应用该方法对东海、东南海、南海三联动地震在大阪、名古屋、东京的地震动速度反应谱的预测结构如图7。
 
 
 
发言人:片山贵裕(NTT設施工程設計 结构设计次长)
主题:超高层钢结构在长周期地震动作用下的响应

选取6个高度在100~250m、基本周期在2.3~6.5s,基本接近实际建筑的超高层钢结构模型,分析了在前述东海、东南海、南海三联动预测地震动作用下的响应。分析采用多质点弯剪模型,阻尼比取2%,结构参数见表1。考虑相当于抗震设计水平2的平均波和超大地震的平均+σ波,地震动速度反应谱见图1,主要分析结果见表2,其中250m级模型的结构平面和立面图如图2,层间位移角分布如图3。主要结论:结构在长周期地震动作用下的响应与场地卓越周期和结构基本周期的相互关系非常密切,100~140m级模型在水平2平均波作用下的响应大致控制在设计范围内,200~250m级模型在水平2平均波作用下的响应部分超出了设计控制范围,平均+σ波的响应为平均波响应的1.5倍左右,并且大部分超出了设计控制范围。

 

作者: 来源: 发布时间:2013年09月06日