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觀點匯總(三)——“中日長周期地震動長周期結構地震作用”

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發言人:北村春幸(東京理科大學 教授)
主題:長周期地震動與高層結構響應及其對策
真正引起日本對長周期地震動關注的是2003年十勝沖地震(M8.0),在距離震源250km以外的苫小枚市港口的石油儲罐由于受到長周期地震動的作用發生破壞而溢流進而引發火災造成巨大損失,同時也對東京等大城市敲響了警鐘。隨著研究的深入對長周期地震動的認識越來越清晰。圖1為苫小枚市港口的地震加速度波形記錄,最大加速度只有幾十gal,然而其振動時間達2~3分鐘。圖2為2003年十勝沖地震、1978年宮城縣沖地震、1995年阪神地震、2011年3.11東日本大地震的地震動速度波形。與阪神地震相比可見,十勝沖地震、3.11東日本大地震等長周期地震動的振幅不大但持續時間很長。圖3為日本3.11東日本大地震時距離震中300多km的東京都辦公大樓的地震記錄,地下3層記錄最大加速度只有74gal,而頂部(48層)位移單向振幅達65cm。圖4為距離震中700多km的大阪府辦公大樓頂層位移分析結果,頂層(52層)最大加速度記錄只有131gal,而頂部位移單向振幅達到132cm。
 
日本關于長周期地震動的對策:日本政府、學術團體以及民間對于長周期地震動開展了一系列的研究并在一些工程上采取了措施,隨著研究的深入和認識的提高,對于長周期地震動的對策將會越來越豐富。
 
2003年十勝沖地震以后,日本內閣府中央防災會議就將長周期地震動作為一項重要內容研討,文部科學省組織推動相關研究工作,國土交通省同時推動相關法律法規的建立,氣象廳也增加了對長周期地震動的信息發布和平臺建設。2004~2006年日本建筑學會、土木學會組成聯絡小組推動關于長周期地震動的相關研究工作。2007~2011年日本建筑學會5年計劃連續發表相關研究成果;地震調查推進本部進行震源模型研究,發布了長周期地震動預測地圖2009試行版;防災科學技術研究所進行了長周期地震動作用下超高層鋼結構大型振動臺試驗,研究了其響應特征以及減震加固效果;國土交通部建筑指導課、國土政策綜合研究所、建筑研究所于2008~2010年開展了長周期地震動波形生成方法的研究,于2010~2012年開展了關于超高層鋼筋混凝土結構、鋼結構、隔震結構在長周期地震動作用下安全性的研究。
 
長周期地震動的預測采用震源模型加以往記錄經驗回歸的方法進行,圖5為地震調查推進本部給出的將來可能發生的東海、東南海、南海三聯動地震的震源分布圖,如果該地震發生將影響日本大部分國土,并預測將有37萬多人喪生。圖6為北村等提出的基于經驗回歸的長周期地震動波形生成方法框圖,其特點是考慮了震源、斷層最短距離、震源距離以及場地系數,特別是對以前的預測方法考慮相位差分布與群延遲時間的影響進行了改進,應用該方法對東海、東南海、南海三聯動地震在大阪、名古屋、東京的地震動速度反應譜的預測結構如圖7。
 
 
 
發言人:片山貴裕(NTT設施工程設計 結構設計次長)
主題:超高層鋼結構在長周期地震動作用下的響應

選取6個高度在100~250m、基本周期在2.3~6.5s,基本接近實際建筑的超高層鋼結構模型,分析了在前述東海、東南海、南海三聯動預測地震動作用下的響應。分析采用多質點彎剪模型,阻尼比取2%,結構參數見表1。考慮相當于抗震設計水平2的平均波和超大地震的平均+σ波,地震動速度反應譜見圖1,主要分析結果見表2,其中250m級模型的結構平面和立面圖如圖2,層間位移角分布如圖3。主要結論:結構在長周期地震動作用下的響應與場地卓越周期和結構基本周期的相互關系非常密切,100~140m級模型在水平2平均波作用下的響應大致控制在設計范圍內,200~250m級模型在水平2平均波作用下的響應部分超出了設計控制范圍,平均+σ波的響應為平均波響應的1.5倍左右,并且大部分超出了設計控制范圍。

 

作者: 來源: 發布時間:2013年09月06日
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