抗震系数和地震等级区别（抗震分析与地震场地类别划分）

结合《公路桥梁抗震设计规范》（JTG2231-01-2020）学习，本文主要探讨两个问题：一是不同场地类别下地震效应对比；二是场地类别划分取值探讨。

一、不同场地类别下地震效应对比

（一）场地类别影响地震效应的两个参数

地震效应可用反应谱值S进行衡量，如下图所示，反应谱曲线可分为3段，第1段是周期0-0.1s范围，第2段是周期0.1s-Tg范围，第3段是周期Tg-10s范围。对于多数情况，结构周期位于第3段。

反应谱最大值Smax与结构重要性系数、场地类别、结构阻尼相关：

反应谱计算式中，场地类别影响两个参数，一是场地系数Cs，二是特征周期Tg。

（二）Ⅱ、Ⅲ类场地下反应谱S计算值对比

以水平向地震为例进行对比，场地系数Cs参见下表，由表可见，Ⅱ类场地下场地系数Cs均为1，其他场地类别对照Ⅱ类场地和基本地震加速度进行修正。

特征周期Tg参见下表，由表可见，Ⅱ类场地下Tg与区划图取值相同，其他场地类别对照Ⅱ类场地进行修正。

以Ⅱ、Ⅲ类场地为例进行对比，计算如下：

Ⅱ类场地Tg=0.35s时计算结果如下表：

Ⅱ类场地Tg=0.40s时计算结果如下表：

Ⅱ类场地Tg=0.45s时计算结果如下表：

由以上结果可见：

1、Ⅲ类场地下的地震效应较Ⅱ类场地有较大幅度增加，增加幅度30%~80%。

2、Tg=0.35s时，Ⅲ类场地下的0.1g相当于Ⅱ类场地下的0.16g；Ⅲ类场地下的0.15g相当于Ⅱ类场地下的0.22g；Ⅲ类场地下的0.20g相当于Ⅱ类场地下的0.26g。

3、Tg=0.40s时，Ⅲ类场地下的0.1g相当于Ⅱ类场地下的0.17g；Ⅲ类场地下的0.15g相当于Ⅱ类场地下的0.24g；Ⅲ类场地下的0.20g相当于Ⅱ类场地下的0.28g。

二、场地类别划分取值探讨

场地类别根据土层剪切波速和覆盖层厚度进行划分。

取覆盖层厚度L(m)为横坐标，剪切波速V(m/s)为竖坐标，按照规范取值绘制如下图所示：

图中绿色线条为规范不同土体类别分界线，由图可见，绿色分界线存在突变点，对于分界线临近位置处土体类别划分可能存在偏差。

鉴于绿色分界线存在突变点，笔者建议对该图进行改进：

1、淤泥、松散砂等较差土层，其剪切波速V=90-100m/s，可取100m/s。

2、以覆盖层厚度L=0，剪切波速V=100m/s为原点，分别连接原点与绿色分界线突变点上缘，得到上图中红色实线，以此为分界线对土体类别进行划分，消除了突变点。

3、与加速度区划和特征周期区划类似，分区表达的反应谱系数修正值是一个范围，以Ⅱ类场地Tg=0.35s，基本地震加速度0.15g为例，Ⅱ类场地区域，代表值就是1，但实际上Ⅰ、Ⅱ区分界线约0.8，Ⅱ、Ⅲ区分界线约1.25，即Ⅱ区的范围是0.8~1.25。

4、位于分界线附近的点，偏安全可按不利分区采用；也可以连接原点与计算点，根据位置计算反应谱系数修正值。

三、工程实例

某桥梁工程场地，基本地震加速度A=0.2g，Ⅱ类场地下特征周期Tg=0.4s，覆盖层厚度65m，剪切波速270m/s。

（一）按规范直接取值

剪切波速>250m/s，属于Ⅱ类场地，反应谱修正值为1.0。

（二）按改进建议取值

将坐标点（65，270）绘制于图中，可见计算点位于Ⅲ类场地。反应谱修正值偏安全可取Ⅲ类场地修正值1.375，也可连接原点与计算点，求得修正值为1.246。

四、结论

（一）场地类别对地震效应的影响体现在两个参数，一是场地系数Cs，二是特征周期Tg。

（二）场地类别对地震效应影响较大，Ⅲ类场地下的地震效应较Ⅱ类场地有较大幅度增加，增加幅度30%~80%。

（三）规范关于场地类别划分存在突变位置，对于不同场地类别分界线位置的划分可能存在较大误差。

（四）规范场地类别划分方法可进行改进，消除突变位置，根据计算点实际位置，确定反应谱系数修正值。

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