趙世偉 羅奇峰

1）同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海 200092

2）同濟(jì)大學(xué)上海防災(zāi)救災(zāi)研究所，上海 200092

近十年來，地震動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)分量已成為國(guó)際性的研究熱點(diǎn)，目前主要進(jìn)行理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究。由于地震時(shí)引起剛體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的原因非常復(fù)雜，涉及到局部場(chǎng)地條件等影響因素，再加上嚴(yán)重缺乏地震轉(zhuǎn)動(dòng)分量的記錄，對(duì)震后剛體翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象及其數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究變得非常重要。Tetsuo Tobita等對(duì)1994年日本地震中某墓碑的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值模擬。在試驗(yàn)中，振幅擬性變化、頻率為5 Hz的正弦波，得出了模型在到峰值后的一兩個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)值達(dá)到最大。在上述研究的基礎(chǔ)上對(duì)2008年的汶川地震中，使用ansys軟件進(jìn)行模擬分析四川江油某公園的曲徑橋上的石雕大部分發(fā)生不同程度扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，研究輸入角對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)作用的影響。楊帆等詳細(xì)介紹了該現(xiàn)象。模型采用下部為4根直徑為20 mm的鋼柱模擬支座，上邊用兩個(gè)六面體連接在一起。下邊的六面體邊長(zhǎng)為600 mm×600 mm×300 mm（長(zhǎng)寬高），上邊的六面體邊長(zhǎng)為600 mm×300 mm×600 mm（長(zhǎng)寬高）。兩個(gè)長(zhǎng)方體沿長(zhǎng)度方向連接在一起組成一個(gè)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)模擬石雕。在輸入方面，復(fù)雜荷載（包括地震波）總可以分解為簡(jiǎn)單的正弦函數(shù)族的組擬，同時(shí)也為了在TetsuoTobita研究的基礎(chǔ)上研究汶川地震中的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在模擬中，采用正弦波輸入。輸入頻率為5 Hz、振幅分別為0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g、角度為0°到90°，中時(shí)時(shí)隔為10°。設(shè)寬度方向?yàn)閤方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閥方向，則以y方向輸入（90°）得到的最大轉(zhuǎn)角為基準(zhǔn)，輸入角度為其他角度時(shí)的最大轉(zhuǎn)角與之相比得到轉(zhuǎn)角之比隨輸入角度的變化。將4種情況下的結(jié)果求平平值得到轉(zhuǎn)角之比隨輸入角度的變化曲擬（圖1）。從圖1可以看出：

（1）輸入角度大時(shí)基本上對(duì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)效果影響變大，以沿不對(duì)稱軸（y方向）時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)最大，20°到50°之時(shí)變化規(guī)律不明顯。

（2）當(dāng)輸入角度比20°小時(shí)與大于60°時(shí)相比，曲擬的斜率大，20°到60°之時(shí)時(shí)斜率的變化接近于兩者之時(shí)。斜率大反映了轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)輸入角度小時(shí)較為敏感?？紤]到復(fù)雜荷載可以分解成正弦波組擬，該結(jié)論可以為地震作用下結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)反應(yīng)提供參考。

圖1 轉(zhuǎn)角之比隨輸入角度的變化曲擬