【摘要】本文根據大跨度柔性結構的動力特性考慮地震動長持時對結構的地震影響。
關鍵詞 地震動持續時間 大跨度柔性結構

許多強地震的宏觀震害現象說明，超過一定強度的地面運動持續時間是造成結構物嚴重破損的重要因素之一。
由表1所列出的實震記錄資料說明：有的地震地面運動加速度接近0.7g，但由于持續時間短（2s），震級只有4.7級，結構無明顯破壞；而有的地震加速度只有0.024～0.0499，但持續時間長達60s，地震烈度達到Ⅵ～Ⅶ度；明顯看出地震動持續時間對地震烈度的影響，特別是長周期結構物應該考慮地震動長持時的影響。

一、地震動持續時間及長持時影響系數
地震動持續時間為地震地面加速度絕對值｜a(t)｜＞kg的時間總和，k常取為 0.03～0.05，｜a(t)｜＞kg的持續時間對總持續時間的比值符合高斯正態分布：

根據對表1資料分析，標準差σ≈0.162g，當ak=0.03～0.05g時，p(｜a｜＞ak）≈0.90～0.80，表1資料表明當ak=0.03～0.05g時，長持時地震烈度達Ⅵ度以上。
文獻1中給出了地震總持時見與震級M、震中距Δ（km）、場地的表達式：

式中基巖場地：A＝0.03525，B＝0.1763，C＝0.6169
土壤場地： A＝0.1080，B＝0.1072，C＝0.6506
計算表明，震級隨著持時見的增加而增加，在M=8級地震時場地條件影響較小（兩條曲線近乎重合）。
由（2）式震級表達式為

ζ作為地震長持時（Tb＞3～5s）的影響系數（以巖石地基為基礎傳遞，覆蓋層厚度為40m，曾有學者采用lgTD。表2給出地震長持時影響系數ζ表，由表可見，lgTd系數與Δ=200km時的l系數一致。

因此，對于長持時地震的結構應按下式：

或
求得的反應譜參數進行結構抗震設計。


二、長特時結構地展反應槽的修正
一般的結構設計都是短周期（ T＜3～5s）的地震反應譜，對長周期結構的地震反應譜應作出修正，特別是對大跨度斜拉橋、懸索橋等柔性結構。
根據表1長持時地震（Td=60s）的資料對圖1中規范地震影響系數曲線長持時部分進行修正：



圖1實線所示為長周期修正曲線。



三、大跨度柔性結構地震設計
由大跨度結構動力分析得到各振型的特征值fi或Fi，以下Fi作為結構地震加速度絕對值｜a｜＞0.039的持時，結構總持時Td=Fi/p（｜a｜＞0.039）=Fi/0.9≈1.lFi，由Td按上述計算修正地震影響系數a修和地震長持時影響系數ζ，長持時結構設計地震影響系數為

αmax根據結構荷載組合和地震烈度選用，對于大跨度結構自重和地震作用組合下，采用第三水準烈度，即50年超越概率2％～ 3％的地震進行分析，這時結構的非彈性變形仍控制在"大震不倒"的狀態。
X X大橋為主跨1385m懸索橋，結構動力特征分析表明：第1階振型為對稱側向撓曲振型，f1=0.051Hz，T1＝19.6s；第6階振型為王梁振動為主的振型，fi＝0.1428Hz，T6＝7.0s;第15階振型為對稱扭轉振型，f15＝0.2625Hz，T15＝3.81s；第39階振型為主塔振動為主的振型，f39=0.6759Hz，T39＝1.48s；
地震設計烈度為Ⅶ度時，αmax＝0.50（50年超越概率2％～ 3％），震中距Δ＝200km，按上述方法分別求得地震影響系數為表3。

因此，對類似的大跨度結構，由于其結構動力特性的很大差異，應分別采用不同的地震影響系數進行地震設計，上例中梁部結構可采用一個地震影響系數a'＝0.l，而主塔振動頻率高，周期短，應采用與橋跨結構不同的系數，輸入的地震波形也應分別采用長持時與短持時為特征的地震波，選取不利者控制設計。

參考文獻
［l］章在墉編著，地震危險性分析及其應用．上海：同濟大學出版社，1996.1
[2]范立礎編著．橋梁抗震．上海：同濟大學出版社，1997．11