時(shí)程分析中地震波選取淺析

周兆輝　蘇志彬

【摘要】通過(guò)介紹時(shí)程分析法中輸入地震波的選擇原則、地震動(dòng)幅值和頻率特性等一系列問(wèn)題，使初學(xué)者對(duì)輸入地震波的選擇有初步認(rèn)識(shí)和了解，為以后更深層次的研究打下基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】時(shí)程分析法；地震波選擇

1、引言

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展以及人口數(shù)量的迅速膨脹，高層、超高層以及復(fù)雜形狀的建筑的數(shù)量定會(huì)快速增長(zhǎng)。抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于此類重要、復(fù)雜并超過(guò)規(guī)定高度的建筑，其抗震設(shè)計(jì)中的地震作用計(jì)算都要通過(guò)時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)證。而在時(shí)程分析法的計(jì)算過(guò)程中最重要，最影響地震作用計(jì)算結(jié)果的莫過(guò)于地震波的選取。所以，本文將從地震波選取原則、地震動(dòng)幅值、頻譜特性、持續(xù)時(shí)間、地震波數(shù)量、地震波轉(zhuǎn)動(dòng)分量等多個(gè)方面對(duì)地震波的選取進(jìn)行淺析。

2、地震波的選取原則

時(shí)程分析中的地震波如何選取的問(wèn)題，一直是時(shí)程分析法中的一個(gè)難點(diǎn)。在選擇地震波輸入時(shí)，要滿足兩點(diǎn)要求：

1）首先要使選擇輸入的地震波的某些參數(shù)和建筑物所在地的條件相一致。參數(shù)主要包括：場(chǎng)地的土壤類別、地震烈度、地震強(qiáng)度參數(shù)、卓越周期和反應(yīng)譜等。

2）其次還要滿足地震活動(dòng)三要素的要求。即頻譜特性、地震加速度時(shí)程曲線持續(xù)時(shí)間和幅值，選取的地震波中的這三者，要滿足相關(guān)規(guī)定。相關(guān)規(guī)定要求：選用數(shù)字化的地震波應(yīng)按照建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組進(jìn)行選取，選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜分析法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。在統(tǒng)計(jì)意義上相符是指：其平均地震影響曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用到的地震影響系數(shù)曲線相比，在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20%。彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于陣型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%。多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的80%[1]。

3、地震動(dòng)幅值

地震動(dòng)幅值有兩種意義，即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一種的最大值，又可以指在某種意義下的等代值。在一定程度上，地震波的峰值能夠反應(yīng)并代表地震波的強(qiáng)度，所以，建筑物所在地的設(shè)防烈度所要求的多遇地震或罕遇地震的最大值應(yīng)與輸入地震波的主振型的最大值相當(dāng)，否則應(yīng)該按下式對(duì)地震波的最大值進(jìn)行調(diào)整。

其中， 為相應(yīng)烈度下統(tǒng)計(jì)的地面運(yùn)動(dòng)值； 分別表示調(diào)整后的地震波時(shí)程曲線；

為選出地震記錄的最大峰值； 為選出的地震波時(shí)程曲線[2]。

4、頻譜特性

頻譜的定義是地面運(yùn)動(dòng)的頻率成分及各頻率的影響程度。建筑物所在地的土地性質(zhì)、地震的傳播區(qū)域、地震的傳播距離以及地震的傳播介質(zhì)對(duì)地震波的頻譜特性都有很大的影響。很多次現(xiàn)實(shí)中的地震記錄表明，當(dāng)某地發(fā)生地震時(shí)，同一震區(qū)的不同建筑會(huì)有截然不同的地震損害表現(xiàn)。這說(shuō)明不同頻譜組成的地震動(dòng)，在不同的條件下，對(duì)不同自振周期的結(jié)構(gòu)物，會(huì)產(chǎn)生不同程度的震害。

滿足頻譜要求下的地震波選取的方法：1）盡可能使擬建場(chǎng)地特征周期與選取輸入地震波的卓越周期保持一致。2）盡可能使擬建場(chǎng)地的震中距與選擇輸入地震波的震中距保持一致[2]。

5、持續(xù)時(shí)間

對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)產(chǎn)生較大影響的地震性質(zhì)還包括地震動(dòng)持時(shí)這一方面，尤其是地震過(guò)程中彈塑性反應(yīng)階段（即非線性反應(yīng)階段）的持時(shí)。當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性反應(yīng)階段后，局部會(huì)產(chǎn)生微裂紋，從而產(chǎn)生應(yīng)力的集中，進(jìn)而使破裂在應(yīng)力不變的條件下繼續(xù)增大，使結(jié)構(gòu)體系發(fā)生進(jìn)一步的變化。再加上局部的碰撞，使得結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生移動(dòng)、錯(cuò)位、甚至倒塌的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)物從微破裂到倒塌是一個(gè)不斷累積的過(guò)程，所以，從累積效應(yīng)看，地震動(dòng)的持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有很大的影響。

時(shí)程分析時(shí)確定選取地震波的有效持續(xù)時(shí)間的方法：

1） 選取的持續(xù)時(shí)間應(yīng)包含地震記錄的最強(qiáng)烈部分。

2） 一般取結(jié)構(gòu)基本周期的5倍～10倍作為地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。

3） 當(dāng)僅對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性時(shí)程分析 ，持續(xù)時(shí)間可取短些；當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析或耗能過(guò)程分析時(shí)，持續(xù)時(shí)間可取長(zhǎng)些[3]。

6、地震波轉(zhuǎn)動(dòng)分量

一般來(lái)說(shuō)，地震波實(shí)際上有6個(gè)分量，即沿3個(gè)相互正交的軸的平動(dòng)分量和繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。但由于目前觀測(cè)條件的不足，有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)分量的地震記錄較少，所以轉(zhuǎn)動(dòng)作用一般要根據(jù)平動(dòng)分量推測(cè)的量級(jí)分析為依據(jù)，進(jìn)而對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)做出假定來(lái)估計(jì)。

7 、地震波數(shù)量確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，選取輸入地震波數(shù)量的確定為兩類：

1）當(dāng)選用一組人工模擬的時(shí)程分析曲線和選用兩組或多于兩組的實(shí)際記錄的時(shí)程分析曲線作為輸入時(shí)，此時(shí)計(jì)算結(jié)果宜取振型分解反應(yīng)譜法的較大值和時(shí)程法的包絡(luò)值；

2）當(dāng)需要更高保證率時(shí)，應(yīng)選用數(shù)量更多的地震波[1]。

結(jié)語(yǔ)：

地震波的選用對(duì)時(shí)程分析法的計(jì)算結(jié)果有著決定性的影響，所以在地震波選用過(guò)程中，上述提到的幾個(gè)方面都應(yīng)被密切關(guān)注，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。相信在不久的將來(lái)，地震波的選用一定會(huì)做出巨大的突破，時(shí)程分析法的準(zhǔn)確性和可依賴性，能夠更上一個(gè)臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50011─2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]楊川丁.淺析動(dòng)力時(shí)程分析中地震波的選取[J].四川建材，2012，38（3）：52-52.

[3]胡文源，鄒晉華.時(shí)程分析中有關(guān)地震波選取的幾個(gè)注意問(wèn)題[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（4）：25-28.

作者簡(jiǎn)介：

周兆輝（1998-），男，漢族，山東莒縣人，本科在讀，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 聊城 252059，從事工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究。

蘇志彬（1980-），男，漢族，河北景縣人，講師，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 聊城 252059，從事工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究。

基金項(xiàng)目：

本項(xiàng)目得到“聊城大學(xué)大學(xué)生科技文化創(chuàng)新基金資助，項(xiàng)目編號(hào)：26312172806”。