一種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，包括以下步驟：步驟一，結合地震動反應譜譜型特點和自定義的結構動力放大系數(shù)，選取梁橋結構自振周期Tn對比區(qū)間；步驟二，選取地震動反應譜高頻段對比區(qū)間；步驟三，分別計算出天然波反應譜曲線和目標譜曲線在兩個對比區(qū)間所對應的面積比KN和KT；步驟四，選取合格的天然地震波（0.8≤KT/KN≤1.2）；設定調整系數(shù)，使天然地震波在兩個區(qū)段的反應譜面積接近目標譜面積；以橋墩的反應作為研究對象，對橋梁進行動力彈塑性分析。該方法通過雙參數(shù)選波原則，大大減小了地震波選取工作的難度，能確保橋梁地震動時程分析結果的可靠性，是一種實用的地震波選擇及調整方法。
【專利說明】一種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁結構抗震設計領域，尤其涉及一種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其技術可用于橋梁抗震設計時程分析中天然地震波的選擇及調整。

【背景技術】
[0002]橋梁是“生命線工程”的關鍵部分，在地震發(fā)生后的緊急救援和抗震救災、災后恢復重建中具有極其重要的地位。強烈的地震可能導致橋梁受到嚴重損傷和倒塌，造成交通中斷，使抗震救災工作受阻，以致造成生命和財產(chǎn)的更大損失，使震害程度擴大。我國新頒布的《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02-01-2008)將橋梁分為A、B、C、D四個類別，并且規(guī)定對于A、B、C三類橋梁均需要進行El和E2地震作用下的抗震設計，其推薦的計算方法為多振型反應譜法(規(guī)則橋梁)和非線性時程分析方法(非規(guī)則橋梁)。這三類橋梁涵蓋了我國二級及以上公路的所有橋梁和三、四級公路上的大橋，囊括了近乎所有的橋梁。
[0003]時程分析方法已經(jīng)成為橋梁結構地震響應分析最為常用的方法。影響時程分析結果的因素有很多，諸如地震動輸入、材料特性、結構的阻尼、邊界條件的模擬等等，這些因素均存在一定的變異特性，但是地震動輸入對橋梁非線性時程分析結果的影響最大。我國由于強地面運動觀測數(shù)據(jù)比較缺乏，而場地地震安全性專項評估僅僅針對一些比較重要的工程項目才進行，因此，多數(shù)設計人員在進行時程分析時往往采用個別典型的強震記錄，如天津波、ElCentro波等。雖然時程分析是一種比較準確的地震反應分析方法，但其準確性是針對某一固定的地震波而言的。地震波受到震源、場地特性、傳播介質等多種因素的影響，具有很大的不確定性。不同的地震波差異很大，即使是在同一臺站觀測的不同時間段的地震波也可能極不相似。采用不同的地震波所得到的時程分析結果往往差異巨大，如何選擇合適的地震動輸入成為提高時程分析準確性的基礎。
[0004]人工地震動模擬已經(jīng)有近20年的發(fā)展，效果都不是很理想，而且到目前為止地震記錄都很缺乏，人工地震動模擬已經(jīng)成為地震工程設計中不可或缺的部分，也是區(qū)域地震評價中必須的組成部分。除此之外，如果要求天然地震波在各周期與目標譜均具有較高的一致性，選波工作的困難將更大甚至不可能完成。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，在抗震設計規(guī)范基本原則的基礎上，結合地震波的特性和結構動力原理，提供了出一種實用的，且能降低時程分析方法分析結果離散性的梁橋結構在地震反應分析中地震波選擇方法和調整方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:
[0007]—種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于，依次包括以下步驟:
[0008]步驟一，結合地震動反應譜譜型特點和自定義的結構動力放大系數(shù)，選取梁橋結構自振周期Tn對比區(qū)間；具體為:
[0009]首先根據(jù)有阻尼體系的簡諧荷載反應計算原理，將梁橋結構穩(wěn)態(tài)反應的振幅Utl與梁橋結構的等效靜位移Ust之比定義為梁橋結構的動力放大系數(shù)Rd，即:

【權利要求】
1.一種結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于，依次包括以下步驟: 步驟一，結合地震動反應譜譜型特點和自定義的結構動力放大系數(shù)，選取梁橋結構自振周期7；對比區(qū)間；具體為: 首先根據(jù)有阻尼體系的簡諧荷載反應計算原理，將梁橋結構穩(wěn)態(tài)反應的振幅Utl與梁橋結構的等效靜位移Ust之比定義為梁橋結構的動力放大系數(shù)Rd，即:
式中，為頻率比，g卩外荷載激振頻率與梁橋結構自振頻率之比，ζ為梁橋結構的阻尼比；根據(jù)式(I)畫出Rd-?/con曲線圖，由Rd-co/con曲線的覆蓋范圍，ω/ωη關注區(qū)間確定為梁橋結構自振周期Tn的0.7-1.3倍之間，并將這個區(qū)間段定義為低頻段第一對比區(qū)間； 步驟二，選取地震動反應譜高頻段對比區(qū)間；即:根據(jù)我國橋梁抗震細則中設計反應譜的峰值區(qū)間定義及設計反應譜的關系曲線，將0.1s至特征周期Tg這個區(qū)間定義為地震動反應譜高頻段第二對比區(qū)間； 步驟三，對地震動反應譜曲線進行量測，把反應譜曲線與周期坐標所圍的面積作為表征反應譜的參數(shù): 計算出天然地震波反應譜曲線在步驟一、步驟二定義的兩個對比區(qū)間的面積，并將天然地震波反應譜曲線在0.ls-7；之間所包圍的面積定義為&,和在0.?Τ-1.37；之間所包圍的面積定義為5^，兩個對比區(qū)間的面積比為Sn2 ； 計算出設計反應譜曲線在步驟一、步驟二定義的兩個對比區(qū)間的面積面積比% K':SJ St2' 步驟四，選取合格的天然地震波，其判定準則為設計反應譜和天然地震波反應譜高頻段所包圍的面積與低頻段所包圍的面積的比值差異在±20%之間，即: 0.8 ^ JT/JN ^1.2(2) 設定調整系數(shù)4，即:
對所選取的合格的天然地震波反應譜各控制點譜值進行調整，使天然地震波反應譜曲線在兩個對比區(qū)間的面積分別盡量接近設計反應譜曲線在兩個對比區(qū)間的面積，即使&趨于I;然后以橋墩的反應作為研究對象，開始對橋梁進行動力彈塑性分析，分析橋墩墩底彎矩、墩底剪力和墩頂位移。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于，所述的地震動反應譜譜型特點為:在簡諧荷載作用下，體系振動由瞬態(tài)反應K和穩(wěn)態(tài)反應&兩部分組成，瞬態(tài)反應項會在阻尼的作用下很快衰減，系統(tǒng)振動很快將僅有穩(wěn)態(tài)部分，如公式(4):
3.根據(jù)權利要求1所述的結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于:所述的結構的阻尼比?采用鋼筋混凝土梁橋結構常用阻尼比為0.05，將其代入公式(O中計算并繪制相應的Mt ω/ 曲線。
4.根據(jù)權利要求1所述的結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于:所述的&-?/--曲線的覆蓋范圍是根據(jù)公式(I)繪制出動力放大系數(shù)&與頻率比M--的曲線關系，將動力放大系數(shù)&控制在2.0附近，以此為原則，關注區(qū)間確定為梁橋結構自振周期Tn的-30%到20%之間，或拓展增至ω j ω7-1.3之間，將這個區(qū)間定義為低頻段第一對比區(qū)間，即梁橋結構自振周期Tn對比區(qū)間。
5.根據(jù)權利要求1所述的結構地震反應分析中地震波的選取及調整方法，其特征在于:所述的我國橋梁抗震細則中設計反應譜的峰值區(qū)間是從0.1s至特征周期7；，特征周期Tg的大小與橋梁所在的場地相關，場地的剪切波速越大，其特征周期越小，反之亦然；所述的設計反應譜的關系曲線為梁橋結構不同周期與絕對加速度最大反應量的關系曲線。
【文檔編號】G06F19/00GK104200128SQ201410502775
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】張云, 周曉蓉, 譚平, 馬玥 申請人:廣西交通科學研究院