特征周期
王亚勇场地特征周期问题知识讲解
王亚勇（yayongwang@） 中国建筑科学研究院
一、地震加速度反应谱Tc的定义
加速度、速度、位移三对数坐标反应谱 （阻尼比2,5,10%）El Centro (N-S) 1940-5-18
Tc
5% El Centro (N-S) 1940 5 18
加 Sa
速
引自建研科技“弹塑性分析报告”Abaqus
大震基底剪力 B ：弹塑性/弹性
2012-12 地震波 L782 L397 L163 L223 L226 L845-7 L845-12 平均 X（%） 68.6 95.4 128.2 114.2 103.6 100.5 74.7 96.1 Y（%） 76.8 91.0 122.0 108.2 108.8 102.1 75.3 96.4
0.14 0.12
0.1
US184 US185 US186 Mean Value Code
Sa（g）
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
T (sec)
0.14 0.12
0.1
US2569 US2570 US2571 Mean Value Code
Sa（g）
0.08
0.06
0.04
0.02
四、对“选波”多余的要求
• 要求提供不同阻尼比的地震波。 • 要求提供零线修正过的加速度、速度和位
移时程。 • 要求一组三分量的加速度时程的相关系数
不小于30%。 • 要求提供地震波来源包括：震源、断层机
制、方位。 • 要求提供数据处理采用的滤波方法。
谢 谢！
度
、
工程地质
等效剪切波速、覆盖层厚度、确定场地类别和特征周期。
计算场地等效剪切波速 式中：vse －土层等效剪切波速(m/s)；
d0－计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m 二者的较小值；
t －剪切波在地面至计算深度之间的传播时间(s)；
di －计算深度范围内第i 土层的厚度(m)；
vsi －计算深度范围内第i 土层的剪切波速(m/s)；
n －计算深度范围内土层的分层数。
特征周期是根据覆盖层厚度H 和土层剪切波速Vs 按公式T ＝4H/Vs 计算的周期
例：两个建筑场地在特征周期第2分区，土层波速测试成果如下表所示，试判定各土层的场地土类型、确定场地的覆盖层厚度、计算深度、等效剪切波速、场地类别、场地特征周期
影响砂土液化的因素主要有：土的类型和性质，包括：土颗粒粒径（以平均粒径d50表示）、密实度、土的成因和堆积年代；液化土体的埋藏条件，包括：上覆不透水土层厚度、地下水的埋藏深度；地震动的强度和历时。
崩塌和滑坡的区别： ①运动方式 ②破坏形式 ③地形条件 ④是否脱离母体，存在滑动面 ⑤规模、速度
泥石流的形成条件:地形(有陡峻便于集物、集水的适当地形)、地质(上游堆积有丰富的松散固体物质)和水文气象条件(短期内有突然性大量水的来源)
标贯与圆锥动力触探的区别主要是：（1）探头不同；可取扰动样；（2）标贯是连续贯入，分段计锤击数
岩石质量指标（RQD ）分类:用直径为75mm 的金钢石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。
目力鉴别方法对土的描述等级
t d v se /0=∑==n
i si i v d t 1)/(。
场地卓越周期和特征周期
场地卓越周期和特征周期是两个不同的概念它们的区别在于：1)研究途径不同．卓越周期是通过场地地震动记录的分析得到，而特征周期是通过场地地面运动反应谱的分析得到．2)研究意义或用途不尽相同．除了可用于土层动力反应分析的研究外，场地卓越周期还可以防止特殊的地震效应发生，避免拟建建筑物自振周期与场地脉动卓越周期一致或接近，在地震发生时，地基与建筑物产生共振或类共振；对某一特定场址，特征周期可以根据实测强震记录计算，并综合场地安全性评价的结果确定该场址的设计特征周期用于抗震设计．3)两者在取值上的差异．从取值大小上考虑，场地特征周期一般大于卓越周期；从取值特点上考虑，某一特定场地可以存在2个或多个地震动卓越周期[ ，而其特征周期只有1个，是反应谱的下降段的起始周期；此外，两者的取值不具有可比性，前者研究的是地面运动的频度较大的周期，后者研究的是在场地运动各频率激励的综合作用下结构的反应中满足某一特征关系的周期，因此，卓越周期大的场地，并不意味着其特征周期～定大，反之，也并不意味着特征周期就小．4)场地卓越周期更多的是场地地震动特性的客观反映，即它是地震动记录上客观的存在1个或多个特别卓越的周期；而特征周期更多的体现了人们的主观性，即在考虑我国经济发展和人们对地震灾害的可接受程度的基础上，对其规定相应的计算公式，并根据此公式在反应谱上确定特征周期，供抗震设计使用．卓越周期是指随机振动过程中出现概率最多的周期，常用以描述地震动或场地特性。
地震波在土层中传播，由于土层的过滤特性与选择放大作用（过滤与放大通过不同性质界面的多次反射来实现），周期与场地土固有周期接近的地震波得到增强（通过共振作用放大），此周期称为场地（地震动）卓越周期。
设计特征周期也可称为设计反应谱特征周期，是指地震影响系数曲线下降段起始点对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关，规范通过设计地震分组和场地类别反映，场地越软，震级、震中距越大，值越大。
反应谱特征周期分析
Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． ６ ２ ０ １ ５
青 岛 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
反 应 谱 特 征 周 期 分 析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｓ ｄ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ（ ＧＢ ５ ０ ０ １ １ —２ ０ １ ０ ） ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ —
ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ
孔令林 ， 刘文 锋 ， 姚 丹 丹
（ 青岛理 工大学 土木工程学院 ， 青岛 ２ ６ ６ ０ ３ ３ ）
摘
要： 特征周期是反应谱 的重要参数 ， 《 建筑抗震设计 规范 》 （ ＧＢ ５ ０ ０ １ １ －２ ０ １ ０ ） 规定特征 周期为设计 反应谱
曲线下 降段起 点对 应的周期． 根据概率法选 取 ２ ８条完整地震记 录， 利用 自编 Ｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ程序 进行地震影 响系数 的计算 ， 得到反应谱 曲线． 通 过概率法计算不 同面积百分 比下 的特征周期 ； 按美 国 ＡＴ Ｃ ３ － ０ ６规范确定有 效峰 值速度 和有效 峰值加速度 ， 计算特 征周期 ， 进行反应谱特 征周期 的统计分析． 统计表 明 ： 特 征周期随 面积百分
地震动反应谱特征周期计算地震荷载
选取同一类场地、震中距相近的20条地震动记录，地震动峰值均为0.7m/s2，单自由度结构的阻尼比为2%、5%、10%和15%，周期范围为0.1s~10s，计算位移反应谱、速度反应谱和伪速度反应谱、加速度反应谱和伪加速度反应谱，并分析比较速度反应谱和伪速度反应谱的区别，以及加速度反应谱和伪加速度反应谱的区别。
一.反应谱计算与绘图反应谱的计算采用Newmark-β法计算，对于单自由度体系使用杜哈美积分来求解实际更为方便。
MATLAB的计算程序如下所示：clcclearkesai=0.15; %阻尼比m=1;[acc,dt,N]=peer2acc('F:matlab-learn','RSN3753_LANDERS_FVR135.AT2')%peer2acc为处理原始地震动数据的程序save('acc2','acc')load('acc2.mat');gama = 0.5;beta = 0.25;alpha0 = 1/beta/dt^2;alpha1 = gama/beta/dt;alpha2 = 1/beta/dt;alpha3 = 1/2/beta - 1;alpha4 = gama/beta - 1;alpha5 = dt/2*(gama/beta-2);alpha6 = dt*(1-gama);alpha7 = gama*dt;peak=9.8*max(abs(acc));acc=acc*0.7/peak;n=length(acc);p=-m*9.8*acc;j=0;for T=0.1:0.01:10j=j+1;wn=2*pi/T;k=m*wn^2;c=kesai*2*m*wn;Keq=k+ alpha0*m + alpha1*c;wD=wn*(1-kesai^2)^0.5;d=zeros(n,1);v=zeros(n,1);a=zeros(n,1);for i=2:nt=0.002*(i-1);f=p(i) + m*(alpha0*d(i-1)+alpha2*v(i-1)+alpha3*a(i-1))+c*(alpha1*d(i-1)+alpha4*v(i-1)+alpha5*a(i-1)); d(i) =f/Keq; %Newmark-β的计算程序a(i) = alpha0*(d(i)-d(i-1))-alpha2*v(i-1)-alpha3*a(i-1);v(i) = v(i-1) + alpha6*a(i-1) + alpha7*a(i);endsd(j)=max(abs(d)); %位移反应谱sv(j)=max(abs(v)); %速度反应谱sa(j)=max(abs(a)); %加速度反应谱SA(j)=wn^2*sd(j); %伪加速度反应谱SV(j)=wn*sd(j); %伪速度反应谱end选取的地震动记录如图地震动记录一般在PEER网站下载。
抗震设计中特征周期值的选取方法
创沁 吕年增 刊第 2
期
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参考 文献
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建筑抗 震设 i 卜 规范
.
. 中 国地 震 动参数 区 划 图 . 高 小 旺 龚思礼 苏经 宇 易 方 民 建筑 抗 震 设 计 规范 理 解 与 . . 应用 中 国建筑 工 业 出版 社
以 下 简称 《 规范》 表
,
所 给定
,
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中硬 硬
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中软
软弱
的设计 特 征周 期
近 几 年 设计人 员 大多 采用 前 者进 行设
,
计
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结 果 使地 震 影 响 系 数 增 大
, ,
进 而 增 大 了地 震 力
。
梁 柱 断 面 和 配 筋 率增 大 很 多 提高 阅相关资 料
、
造 成 土 建投 资大 幅 度 笔者通过查
抗 震 设计 中特 征周 期 值 的选 取 方法
宿奎聚
河 北 省 电力勘测 设计研 究院
,
石 家庄
摘要 率 超 越概 率 关键词
近 几 年 大 型 建设 项 目 的 抗 震设 计 中
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多错 误 地 采 用
健 设 场地 地震 安全 性评 价 报 劫
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的 特征 周 期 值
本 文 通过 对
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特征周期,自振周期
自振周期与特征周期默认分类2010-01-24 20:59:28 阅读583 评论1 字号：大中小订阅自振周期:是结构本身的动力特性。
与结构的高度H,宽度B有关。
当自振周期与地震作用的周期接近时,共振发生,对建筑造成很大影响，加大震害。
特征周期：是建筑场地自身的周期，抗震规范中是通过地震分组和地震烈度查表确定的。
结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性，与结构的质量及刚度有关，具体对单自由度就只有一个周期，而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的为基本周期，设计用的主要参考数据！而特征周期是，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别，所以我认为特征周期同时反映了地震动及场地的特性！它在确定地震影响曲线时用到！1.特征周期：是建筑物场地的地震动参数——由场地的地质条件决定；2.自振周期有结构子身的结构特点决定——用结构力学方法求解；（主要指第一振型的主振周期）3.结构的自振周期主要是避免与场地的卓越周期重合产生共振；4.卓越周期与特征周期有关；卓越周期由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求解（见工程地质手册）。
设计特征周期:抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震等级,震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值.-----根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定.详见抗震规范.自振周期:是结构本身的动力特性.与结构的H,B有关.当自振周期与地震作用的1/f接近时,共振发生,对建筑造成很大影响.另外：目前就场地的有关周期，经常出现场地脉动(卓越)周期，地震动卓越周期和反应谱特征周期等名词。
就以上3个周期概念来说，其确切的含义是清楚的，场地脉动周期是在微小震动下场地出现的周期，也可以说是微震时的卓越周期；地震动卓越周期是在受到地震作用下场地出现的周期，一般情况下它大于脉动周期(一般1.2～2.0)。
场地特征周期计算书
插入法确定设计特征周期Tg计算书
依据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第4.1.6条及条文说明、《建筑与市政工程抗震通用规范》GB 55002-20210第3.1.3条及条文说明、勘察公司提供的《片区详细岩土工程勘察报告》插入法确定设计特征周期。
1、本项目根据选取勘察钻孔ZK1、ZK17、ZK26、ZK32四个钻孔进行剪切波速试验，据《波速测试报告》，勘察钻孔ZK1、ZK17、ZK26、ZK32四个钻孔的等效剪切波速Vse分布为195.28、212.75、228.03、200.06m/s，平均等效剪切波速为225.53m/s，按《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010 2016年版）表4.1.3划分，属中软场地土。
据本次勘察钻孔揭露，工程场地覆盖层厚度3m＜dov＜50m，按《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010 2016年版）第4.1.6条划分，工程场地属Ⅱ类建筑场地。
2、平均等效剪切波速225.53m/s大于250*0.85=212.5m/s，在500≥Vse≤250m/s的-15%范围；查验《波速测试报告》dov=3~50m存在大于50*0.85=42.5m，存在-15%范围，采用插值计算，Tg=0.4s。
3、平均等效剪切波速225.53m/s大于150*1.15=172.5m/s，不在Vse≤150m/s的15%范围，可以不用进行插值计算。
4、综上，进行插入法确定设计特征周期，Tg=0.4s。
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特征周期、卓越周期、地震波选波
①结构自振周期---结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间。
(可通过模态分析获得)
②结构基本周期--结构按基本振型(第一振型)完成一次自由振动所需的时间。
(可通过模态
分析获得)
③设计特征周期或特征周期--由场地类别和地震分组决定，地震影响系数曲线中下降段起始
点对应的周期值。
(查表可得)
④场地卓越周期--根据覆盖层厚度H和土层剪切波速vs按公式T0＝4H/vs计算的周期，表
示场地土最主要的振动特性。
(可直接测得)
(很接受[学无止境]的解释：场地卓越周期是指场地的基本周期，因为场地也可以看作一种结构，因此场地也有一系列自振周期，其中基本周期被称作卓越周期，卓越周期的数值为地震波穿越场地厚度时所用时间的4倍。
地震波中与卓越周期相近或相等的谐波分量将被放
大很多。
)。