Đặc điểm của Yokohama Standard Wave (Yoko Face)

Sóng chuẩn Yokohama được tạo ra như một chuyển động động đất đầu vào (tên dạng sóng lịch sử thời gian chuyển động động đất đầu vào thiết kế: Yoko Face) cho mô hình móng cố định của tòa nhà dựa trên chuyển động động đất mô phỏng Yokohama sau các cuộc thảo luận của Ủy ban Phát triển Tiêu chuẩn Hướng dẫn Chống động đất cho Tòa nhà Cao tầng của Thành phố Yokohama được tiến hành vào năm tài chính 1992.

Sóng tiêu chuẩn Yokohama này có thể được sử dụng cho các tòa nhà được xây dựng trong phạm vi thành phố Yokohama, nhưng phải xử lý cẩn thận đối với các tòa nhà có hình dạng đặc biệt (các loại khung tương đương như megaframe, loại mô hình kết nối mặt đất, v.v.) hoặc các điều kiện (các tòa nhà quy mô lớn trên sườn dốc) khác với các điều kiện được liệt kê bên dưới để tạo ra sóng tiêu chuẩn.

　Chính sách sáng tạo

Để hiểu được hành vi của một tòa nhà trong trận động đất, cần phải đánh giá đúng hiệu ứng tương tác giữa tòa nhà và mặt đất. Hồ sơ quan sát động đất thực tế bao gồm các tác động của tương tác giữa kết cấu và mặt đất, do đó chúng thường nhỏ hơn dạng sóng quan sát được của mặt đất tự nhiên. Kết quả phân tích cũng cho thấy rằng gần thời điểm xây dựng, phổ phản ứng vận tốc ở tầng một có xu hướng nhỏ hơn so với ở bề mặt đất trống. Vì những lý do này, sóng chuẩn Yokohama được tạo ra bằng cách tính đến tác động của sự tương tác lẫn nhau và tuân theo quy trình dưới đây.

(a) Sử dụng chuyển động động đất mô phỏng Yokohama và với thời gian xây dựng làm tham số, một phân tích phản ứng rung động kết hợp được thực hiện giữa tòa nhà và mặt đất tại khu vực Yokohama (MM21, Shin-Yokohama) và phổ chuyển động động đất theo phương ngang tại tầng một được xác định.

(b) Tạo ra dạng sóng gia tốc mô phỏng phổ chuyển động địa chấn theo phương ngang tại vị trí tầng một và sử dụng làm sóng chuẩn Yokohama. Khi thiết lập phổ chuyển động động đất theo phương ngang ở tầng một, chu kỳ từ 1 đến 3 giây sẽ được xem xét chủ yếu vì chiều cao của các tòa nhà mục tiêu để phân tích phản ứng động đất là khoảng 45 đến 60 m.

Phổ chuyển động địa chấn theo chiều ngang và lịch sử thời gian của mô phỏng động đất Yokohama

Phổ chuyển động động đất theo phương ngang của nền đá mô phỏng chuyển động mặt đất do động đất Yokohama gây ra được định nghĩa là chuyển động động đất khi lớp Dotan (vận tốc sóng cắt Vs khoảng 430 m/giây) được coi là nền đá kỹ thuật tự do và bề mặt trên cùng của nền đá này được coi là bề mặt tự do. Chuyển động động đất mô phỏng được tạo ra bằng cách chồng các sóng sin, dạng sóng của chuyển động động đất mô phỏng có giá trị gia tốc cực đại và giá trị vận tốc cực đại lần lượt là 350 cm/giây2 và 62,0 cm/giây, kéo dài trong 80 giây.

　Đối tượng nghiên cứu và phương pháp phân tích

(a) đất
Khu vực được khảo sát là quận Minato Mirai 21 và quận Shin-Yokohama. Thành phần đất được đặc trưng bởi lớp đất sét gợn sóng tạo thành nền móng, và lớp bề mặt nông hơn lớp nền móng là nền đất mềm bao gồm đất lấp và trầm tích phù sa. Khi thiết lập các mô hình phân tích, ba mô hình đã được thiết lập cho quận Minato Mirai 21 và hai mô hình cho quận Shin-Yokohama, vì độ dày của lớp bề mặt thay đổi tới hàng chục mét.

(b) Ngành kiến ​​​​trúc
Hình dạng mặt phẳng của tòa nhà mục tiêu được cho là hình vuông có kích thước 40m x 40m, với số tầng của tòa nhà ước tính khoảng từ 10 đến 30. Các chu kỳ chính của các tòa nhà được xem xét có sáu loại: 0,5 giây, 1,0 giây, 1,5 giây, 2,0 giây, 2,5 giây và 3,0 giây.

(c) Phương pháp phân tích
Phân tích phản ứng động đất của mặt đất và tòa nhà được thực hiện bằng phương pháp tuyến tính tương đương dựa trên lý thuyết sóng một chiều. Trong mô hình phân tích, mặt đất và tòa nhà được thay thế bằng hệ khối kiểu cắt có diện tích mặt cắt ngang đơn vị và ranh giới nhớt được thiết lập trên bề mặt trên của móng. Độ cứng của tòa nhà là tuyến tính và hệ số giảm chấn là 2%. Ở đây, phân bố độ cứng của tòa nhà được tính bằng cách thiết lập độ cứng của tầng trên cùng bằng một nửa độ cứng của tầng một và độ cứng của các tầng trung gian được tính bằng phép nội suy tuyến tính. Độ cứng và độ giảm chấn của đất được coi là không tuyến tính. Giá trị vận tốc của dạng sóng trong kết quả phân tích đáp ứng được tính toán bằng cách tích hợp dạng sóng gia tốc theo phương pháp Trifunac.

(d) Kết quả phân tích phản ứng chỉ dành cho mặt đất
Một cuộc điều tra đã được tiến hành khi chuyển động mô phỏng động đất Yokohama được đưa vào mô hình đất thuần túy. Phản ứng của mặt đất lớn, mức độ phi tuyến tính cũng lớn. Giá trị gia tốc và vận tốc cực đại tại mặt đất do phản ứng của riêng mặt đất lần lượt là 300 đến 400 cm/giây2 và 70 đến 90 cm/giây và được đặc trưng bởi thực tế là giá trị vận tốc lớn so với giá trị gia tốc.
Hơn nữa, nếu sóng động đất mô phỏng Yokohama tại nền đá được điều chỉnh sao cho giá trị vận tốc cực đại tại bề mặt đất là 25 và 50 cm/giây, thì các giá trị này là 0,5 đến 0,7 lần ở 50 cm/giây và 0,23 đến 0,34 lần ở 25 cm/giây. Giá trị gia tốc mặt đất cực đại tại thời điểm đó là 180 đến 270 cm/giây2 ở 50 cm/giây và 120 đến 180 cm/giây2 ở 25 cm/giây.

(e) Phân tích phản ứng của hệ thống tương tác đất-cấu trúc
Trong mô hình phân tích rung động kết hợp đất-kết cấu được sử dụng ở đây, tòa nhà và đất được mô hình hóa như một chuỗi liên tục của diện tích mặt cắt ngang đơn vị và trọng lượng cũng như độ cứng của chúng được đánh giá. Vì lý do này, nếu mật độ trọng lượng của tòa nhà so với mặt đất chỉ được tính bằng cách chia trọng lượng của tòa nhà cho thể tích của tòa nhà thì hiệu ứng tương tác sẽ bị đánh giá quá cao. Do đó, trong phân tích này, chúng tôi đã xem xét các trường hợp mà mật độ trọng lượng của tòa nhà được đặt ở mức gấp 3/4 và 1/2 lần giá trị thực tế.

Thiết lập sóng chuẩn Yokohama

(a) Thiết lập phổ chuyển động động đất theo chiều ngang
Dựa trên kết quả phân tích phản ứng rung động của hệ thống liên kết đất-kết cấu, phổ chuyển động động đất theo phương ngang ở tầng một, có tính đến các tác động tương tác, được thể hiện dưới dạng phổ phản ứng giả với độ giảm chấn là 0,02. Phổ chuyển động địa chấn theo phương ngang được thiết lập phù hợp với kết quả phản ứng đối với khu vực ven sông Tokyo, có tính đến sự tương tác giữa mặt đất và các tòa nhà, trong vùng chu kỳ mục tiêu (khoảng 1 đến 3 giây) và là phổ không đánh giá thấp ở các vùng chu kỳ nằm ngoài phạm vi mục tiêu.
Ngoài ra, bằng cách xem xét các tương tác, phổ này, bao gồm năm loại kết quả phản ứng mặt đất ở khu vực Yokohama, có khả năng là một phương pháp hiệu quả theo quan điểm thực hành thiết kế. Phổ chuyển động địa chấn theo phương ngang được thiết lập ở đây tương ứng với động đất cấp độ 2 và động đất cấp độ 1 được thiết lập ở mức 1/2.

(b) Sự ra đời của sóng chuẩn Yokohama
Tạo ra dạng sóng gia tốc mô phỏng phổ chuyển động động đất theo phương ngang tại vị trí tầng một đã đặt và được chỉ định là sóng chuẩn Yokohama (dạng sóng lịch sử thời gian chuyển động động đất đầu vào thiết kế: mặt Yoko). Phương pháp tạo sóng chuẩn Yokohama được mô tả trong Watanabe và Todo; Theo "Nghiên cứu về chuyển động mô phỏng động đất phục vụ mục đích thiết kế Phần 3: Chuyển động mô phỏng động đất ba chiều phục vụ thiết kế địa chấn", các đặc tính pha được chồng lên nhau bằng cách sử dụng dạng sóng hình sin của HACHlNOHE NS 1968. Thời lượng được thiết lập ở mức 40 giây vì thời gian xây dựng mục tiêu chỉ khoảng 3 giây hoặc ít hơn.

(Hình ảnh: 39KB)

(Hình ảnh: 23KB)