一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，適用于預(yù)測(cè)兩向或三向等多向 地震動(dòng)的綜合持時(shí)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震動(dòng)特性可以通過(guò)幅值、頻譜特性、強(qiáng)震持時(shí)三要素來(lái)描述。地震動(dòng)幅值和頻譜 特性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響已被廣泛認(rèn)識(shí)，然而隨著對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下破壞機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)，人 們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到強(qiáng)震持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的影響不容忽視。大量強(qiáng)震觀測(cè)資料已表明，比起具 有高峰值短持時(shí)的地震動(dòng)，長(zhǎng)持時(shí)中等峰值的地震動(dòng)也可能導(dǎo)致更大的結(jié)構(gòu)破壞。為了研 究強(qiáng)震持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，許多研究者已經(jīng)開展了如何量化確定地震動(dòng)強(qiáng)震持時(shí) 的工作，但對(duì)強(qiáng)震持時(shí)定義卻很不一致，目前已有近30多種不同的強(qiáng)震持時(shí)定義。其中典 型的強(qiáng)震持時(shí)定義包括：括號(hào)持時(shí)、一致持時(shí)、能量持時(shí)。
[0003] 已有的強(qiáng)震持時(shí)定義主要用于計(jì)算單向地震加速度的持時(shí)，然而當(dāng)采用時(shí)程法分 析重要結(jié)構(gòu)（如橋梁、高壩、高聳建筑物等）的抗震性能時(shí)，通常采用多向地震動(dòng)作為地震 激勵(lì)荷載。如對(duì)于混凝土重力壩，當(dāng)采用二維模型研究大壩抗震性能時(shí)，需同時(shí)考慮水平向 和豎直向地震動(dòng)的影響；對(duì)于混凝土高拱壩，當(dāng)采用三維模型研究大壩抗震性能時(shí)，需同時(shí) 考慮橫河向、順?biāo)飨蚝拓Q直向地震動(dòng)的影響。
[0004] 因此，為了解決多向地震激勵(lì)與強(qiáng)震持時(shí)之間的銜接問(wèn)題，一種用于考慮各向地 震動(dòng)持時(shí)貢獻(xiàn)的綜合持時(shí)定義有必要提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，適用于多向地震激 勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)的綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)。
[0006] 綜合持時(shí)基于已有的單向持時(shí)進(jìn)行定義，采用地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)中的Arias (阿里 亞斯）強(qiáng)度作為權(quán)重函數(shù)，對(duì)單向持時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均獲得。
[0007] 本發(fā)明思路為：
[0008] 根據(jù)Arias強(qiáng)度定義可分別獲得地震動(dòng)不同方向加速度的Arias強(qiáng)度；根據(jù)已有 的括號(hào)持時(shí)、一致持時(shí)、能量持時(shí)等單向持時(shí)定義，分別得到不同方向加速度的單向持時(shí)， 以Arias強(qiáng)度為權(quán)重函數(shù)，對(duì)不同方向加速度的單向持時(shí)求加權(quán)平均值，即獲得地震動(dòng)綜 合持時(shí)。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，包括：
[0011] 步驟1，根據(jù)Arias強(qiáng)度定義獲得地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的Arias強(qiáng)度；
[0012] 步驟2,根據(jù)已有的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)定義，分別計(jì)算地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加 速度的單向持時(shí)，所述的單向持時(shí)為括號(hào)持時(shí)、一致持時(shí)或能量持時(shí)；
[0013] 步驟3,以Arias強(qiáng)度為權(quán)重函數(shù)，對(duì)地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)進(jìn)行加 權(quán)平均，得地震動(dòng)綜合持時(shí)
其中，#表示地震動(dòng)第X個(gè)預(yù)設(shè)方向加速度的 Arias強(qiáng)度；Tx表示地震動(dòng)第X個(gè)預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)；X為預(yù)設(shè)方向數(shù)，X取2或3。
[0014] 預(yù)設(shè)方向根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，例如，對(duì)混凝土重力壩，若采用二維模型研究混凝土 重力壩的抗震性能，則可將預(yù)設(shè)方向設(shè)為水平向和豎直向。那么，采用本發(fā)明分別計(jì)算水平 向和豎直向的地震動(dòng)加速度的Arias強(qiáng)度和單向持時(shí)，對(duì)這兩個(gè)方向的地震動(dòng)加速度的單 向持時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均。
[0015] 對(duì)混凝土高拱壩，若采用三維模型研究混凝土高拱壩的抗震性能，則可加將預(yù)設(shè) 方向設(shè)為橫河向、順?biāo)飨蚝拓Q直向。那么，采用本發(fā)明分別計(jì)算橫河向、順?biāo)飨蚝拓Q直 向的地震動(dòng)加速度的Arias強(qiáng)度和單向持時(shí)，對(duì)這三個(gè)方向的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)進(jìn) 行加權(quán)平均。
[0016] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0017] (1)已有的強(qiáng)震持時(shí)主要用于計(jì)算單向地震加速度的持時(shí)，當(dāng)采用時(shí)程法分析重 要結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)，通常采用多向地震動(dòng)作為地震激勵(lì)荷載。本發(fā)明綜合考慮了各方向 上強(qiáng)震持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地震動(dòng)的綜合持時(shí)特性。
[0018] (2)本發(fā)明不用將多條地震動(dòng)進(jìn)行相位疊加成一條地震波來(lái)獲得綜合持時(shí)，只需 借助已有的單向持時(shí)定義，即可獲得多向地震動(dòng)的綜合持時(shí)，不會(huì)增加額外的工作量。
[0019] (3)本發(fā)明方法簡(jiǎn)潔明了，易于植入地震測(cè)試分析軟件。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的一種具體實(shí)施流程示意圖；
[0021] 圖2為多向地震激勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)綜合持時(shí)預(yù)測(cè)示意圖；
[0022] 圖3為括號(hào)綜合持時(shí)與單向括號(hào)持時(shí)的相關(guān)度分析。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面將以兩向地震動(dòng)的綜合持時(shí)預(yù)測(cè)為例，對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。
[0024] 圖1所示為【具體實(shí)施方式】的流程示意圖，步驟如下：
[0025] 步驟1，根據(jù)Arias強(qiáng)度定義獲得地震動(dòng)水平向和豎直向加速度的Arias強(qiáng)度。
[0026] Arias強(qiáng)度I。定義如下：
[0028] 式⑴中，T。為地震動(dòng)加速度總持時(shí)，a⑴表示t時(shí)刻地震動(dòng)加速度時(shí)程，g為重 力加速度。T。和a(t)均可從實(shí)測(cè)的地震動(dòng)加速度圖中獲得。
[0029] 采用式⑴分別計(jì)算地震動(dòng)水平向和豎直向加速度的Arias強(qiáng)度，將水平向加速 度的Arias強(qiáng)度記為/^，豎直向加速度的Arias強(qiáng)度記為4。
[0030] 以圖2所示的實(shí)測(cè)地震動(dòng)為例，其中，圖（a)和（d)分別為地震動(dòng)水平向和豎直向 的加速度曲線，圖（b)和（e)分別為水平向和豎直向加速度的Arias強(qiáng)度曲線，圖（c)和 (f)分別為地震動(dòng)水平向和豎直向的加速度絕對(duì)值曲線。根據(jù)圖（a)和（d)可獲得地震動(dòng) 水平向和豎直向加速度的Arias強(qiáng)度和總持時(shí)。根據(jù)圖2,進(jìn)一步得到本實(shí)施例中地震動(dòng)水 平向加速度的Arias強(qiáng)度/f = 0.539m/S，其豎直向加速度的Arias強(qiáng)度
[0031] 步驟2,根據(jù)已有的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)定義，分別計(jì)算地震動(dòng)水平向和豎直 向的加速度單向持時(shí)。
[0032] 已有的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)包括括號(hào)持時(shí)Tb(Bracketed duration)、一致持 時(shí)！^(Uniform duration)、能量持duration)。括號(hào)持時(shí) Tb 的定義為： 以地震動(dòng)記錄的加速度絕對(duì)值在第一次和最后一次達(dá)到或超過(guò)事先設(shè)定的值之間所經(jīng)歷 的時(shí)間作為地震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，即括號(hào)持時(shí)T b。一致持時(shí)\的定義為：地震動(dòng)記錄的加速 度絕對(duì)值達(dá)到或超過(guò)規(guī)定值的持續(xù)時(shí)間間隔之和，即一致持時(shí)Tu。能量持時(shí)1的定義為： 地震動(dòng)累積能量自達(dá)到某一給定起始累積能量比至達(dá)到某一給定終止累積能量比之間的 持時(shí)時(shí)間，即能量持時(shí)T s。
[0033] 將地震動(dòng)水平向和豎直向的加速度單向持時(shí)分別記為TH、Tv。
[0034] 【具體實(shí)施方式】中以括號(hào)持時(shí)作為單向持時(shí)，將水平向和豎直向加速度的括號(hào)持 時(shí)分別記為Γ/、 ： Γ】。根據(jù)圖2計(jì)算括號(hào)持時(shí)Γ/、Γ/，為方便計(jì)算，取加速度絕對(duì)值，采用 0.05g絕對(duì)幅值控制，見(jiàn)圖2中圖（c)和（f)所示，得到水平向括號(hào)持時(shí)=6.92s，豎直向 括號(hào)持_
[0035] 步驟3,以if和i,「分別作為水平向和豎直向加速度的單向持時(shí)的權(quán)，對(duì)水平向和 豎直向加速度的單向持時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均，即獲得地震動(dòng)綜合持時(shí)。
[0036] 本【具體實(shí)施方式】中，地震動(dòng)的括號(hào)綜合持時(shí)
[0037] 選取20條實(shí)測(cè)地震動(dòng)，分別計(jì)算各地震動(dòng)的水平向和豎直向括號(hào)持時(shí)。采用本發(fā) 明方法獲得各地震動(dòng)的括號(hào)綜合持時(shí)，將括號(hào)綜合持時(shí)與單向括號(hào)持時(shí)進(jìn)行線性回歸，見(jiàn) 圖3。從圖3可以看出，括號(hào)綜合持時(shí)與水平向括號(hào)持時(shí)、豎直向括號(hào)持時(shí)的相關(guān)系數(shù)R分 別為0. 989和0. 853,相關(guān)系數(shù)較高，表明本發(fā)明可有效預(yù)測(cè)多向地震動(dòng)的綜合持時(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，其特征是，包括： 步驟1，根據(jù)Arias強(qiáng)度定義獲得地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的Arias強(qiáng)度； 步驟2,根據(jù)已有的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)定義，分別計(jì)算地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度 的單向持時(shí)，所述的單向持時(shí)為括號(hào)持時(shí)、一致持時(shí)或能量持時(shí)； 步驟3,WArias強(qiáng)度為權(quán)重函數(shù)，對(duì)預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均，得地 震動(dòng)綜合持時(shí)·其中，趕表示地震動(dòng)第X個(gè)預(yù)設(shè)方向加速度的Arias強(qiáng)度；Γ 表示地震動(dòng)第X個(gè)預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)；X為預(yù)設(shè)方向數(shù)，X取2或3。2. 如權(quán)利要求1所述的多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，其特征是： 所述的預(yù)設(shè)方向包括水平向和豎直向。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多向地震動(dòng)綜合持時(shí)的預(yù)測(cè)方法，包括：步驟1，根據(jù)Arias強(qiáng)度定義獲得地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的Arias強(qiáng)度；步驟2，根據(jù)已有的地震動(dòng)加速度的單向持時(shí)定義，分別計(jì)算地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)，所述的單向持時(shí)為括號(hào)持時(shí)、一致持時(shí)或能量持時(shí)；步驟3，以Arias強(qiáng)度為權(quán)重函數(shù)，對(duì)地震動(dòng)各預(yù)設(shè)方向加速度的單向持時(shí)進(jìn)行加權(quán)平均，得地震動(dòng)綜合持時(shí)。本發(fā)明綜合考慮了各方向上強(qiáng)震持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地震動(dòng)的綜合持時(shí)特性；本發(fā)明不會(huì)增加額外工作量，操作簡(jiǎn)單，易于植入地震測(cè)試分析軟件。
【IPC分類】G01V1/00
【公開號(hào)】CN105319578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510704900
【發(fā)明人】王高輝, 李麒, 盧文波, 陳明, 嚴(yán)鵬
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日