双向水平地震下时程分析法中输入波的选择

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谈时程分析中地震波的选取

第43卷第14期山西建筑Vol.43No.142 0 1 7 年 5 月SHANXI ARCHITECTURE May.2017 • 41 •文章编号：1009-6825 (2017)14-0041-03谈时程分析中地震波的选取赵婷婷谭军金春峰(中电投工程研究检测评定中心，北京100142)摘要:介绍了地震动的主要特性及结构抗震设计中需考虑的要素，并分析了人工合成地震波的原因及方法，归纳了时程分析中几种地震波的选用原则，给出了时程分析中地震波选取的最优方案。

关键词：时程分析,地震波，地震动,反应谱中图分类号:T U311.3 文献标识码:A〇引言地震是一种严重的自然灾害，抗震设防是有效减轻震害的途径，而抗震设防的首要任务就是地震动的输人。

影响地震的因素有断层位置、震中距、波传递途径的地质条件、板块运动形式、场地土构造和场地类别等。

在不同的地震作用下，不同场地得到的地震记录具有较大的区别，即使在同一次地震作用下，同一场地得到的地震记录也不尽相同。

因此，对未来的地面运动进行准确地预见是很难实现的。

在进行结构时程分析时，对同一结构输人不同的地震波,所得到的计算结果相差甚远。

因此，选择合理的地震波是保证时程分析中计算结果可靠的必要条件。

1地震动的主要特性国内外学者的大量研究表明，虽然对未来地震动进行准确的定量是难以实现的，但只要所选用的地震波的主要参数能够大体上符合地震动的主要参数，所得到的时程分析结果可以较为真实地反映出结构在真实地震作用下的地震反应，计算得到的位移及内力能够满足工程设计对其精度的要求。

地震动有三要素，分别为地震动的幅值、频谱特性和持续时间。

1.1 地震动幅值地震动幅值可以是地震动加速度、速度或位移中三者之一的峰值或某种意义下的等代值[1]，是对地震动强度最为直观的描述。

加速度峰值(P G A)为加速度时程的最大值，通常为地震动高频成分的幅值，大量研究表明：由于高频地震波只存在于震源附近，在传播过程中衰减较快，且与建筑物自振频率相差较大，对建筑物的影响较小。

时程分析中地震波选取浅析

时程分析中地震波选取浅析通过介绍时程分析法中输入地震波的选择原则、地震动幅值和频率特性等一系列问题，使初学者对输入地震波的选择有初步认识和了解，为以后更深层次的研究打下基础。

标签：时程分析法；地震波选择1、引言随着社会、经济和科技的不断发展以及人口数量的迅速膨胀，高层、超高层以及复杂形状的建筑的数量定会快速增长。

抗震设计规范规定，对于此类重要、复杂并超过规定高度的建筑，其抗震设计中的地震作用计算都要通过时程分析法进行补充验证。

而在时程分析法的计算过程中最重要，最影响地震作用计算结果的莫过于地震波的选取。

所以，本文将从地震波选取原则、地震动幅值、频谱特性、持续时间、地震波数量、地震波转动分量等多个方面对地震波的选取进行浅析。

2、地震波的选取原则时程分析中的地震波如何选取的问题，一直是时程分析法中的一个难点。

在选择地震波输入时，要满足两点要求：1）首先要使选择输入的地震波的某些参数和建筑物所在地的条件相一致。

参数主要包括：场地的土壤类别、地震烈度、地震强度参数、卓越周期和反应谱等。

2）其次还要满足地震活动三要素的要求。

即频谱特性、地震加速度时程曲线持续时间和幅值，选取的地震波中的这三者，要满足相关规定。

相关规定要求：选用数字化的地震波应按照建筑场地类别和设计地震分组进行选取，选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱分析法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

在统计意义上相符是指：其平均地震影响曲线与振型分解反应谱法所用到的地震影响系数曲线相比，在各个周期点上相差不大于20%。

弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%。

多条时程曲线计算结果的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%[1]。

3、地震动幅值地震动幅值有两种意义，即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一种的最大值，又可以指在某种意义下的等代值。

[整理版]正确选取地震波

[整理版]正确选取地震波地震波的选取方法 (MIDAS(2009-05-16 22:51:32)转载?标签: 分类: 结构专业杂谈建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值,a(t),,k*g的时间总和，k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k ,0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构一般取0.3基本周期的5,10倍。

说明:有效峰值加速度 EPA,Sa/2.5 (1)有效峰值速度 EPV,Sv/2.5 (2)特征周期Tg = 2π*EPV/EPA (3)1978年美国ATC,3规范中将阻尼比为5,的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

时程分析法输入地震记录的选择与实例_邓军

时程分析法输入地震记录的选择与实例邓军唐家祥(华中理工大学土木建筑工程学院武汉 430074)摘要:从场地条件、设防烈度、持时及地震记录的反应谱与规范反应谱的拟合程度等方面考虑,提出了一种为时程分析法选择实际地震记录的方法。

经实际工程检验,其结果符合规范要求。

关键词:时程分析法地震记录反应谱C HOICE AND MEASUREMENT OF SEISMIC RECORDS FOR TIME -HISTORY ANALYSISDeng Jun Tang Jiaxiang(College of Civi l Engineering,Huazhong University of S cience and Technology Wuhan 430074)Abstract :Accordi ng to the site condition ,the fortified intensity,the duration,an d the fitting degree between theresponse spectra of seismic records and those of the code,this paper presents one w ay of selecting seismic records for time -history analysis method.In practical applications,the results satisfied the code.Keywords :time -history analysis method seismic records response spectrum第一作者:邓军男 1975年4月出生硕士收稿日期:1999-11-090 前言我国新修订的2000年5建筑抗震设计规范6[1](以下简称/规范)第51112条第三款规定符合表3.4.3的不规则建筑、甲类建筑和表5.1.2所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行补充计算。

时程分析法中有关地震波选取的几个注意问题

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左右另外从随机过程观点来看最大加速度作为一个随机量增加持时相当于增加取样方差不变的情况下最大加速度会加大从而产生较大的破坏地震动持时对结构反应的影响同时存在于非线性体系的最大反应和能量损耗积累这两种反应之中现代建筑抗震设计中采用最大反应强度或变形和积累的非线性能量损耗指标作为设计依据提出结构的双重破坏标准使过去一直被忽略或无法加以考虑的持续时间得到重视统计证明地震波持续时间与地震的强度震中距及场地土类别有一定的关系地面运动预测结构地震反应最难或最不确定的因素就是如何合理确定地面运动的过程地震地面运动通常用三个平动加速度分量来表示任何线性体系对于这三个分量的反应可以通过分别计算每个分量反应然后叠加得到于是标准的分析问题就转化为计算由于单个平动分量所引起的反应更一般的情况下当地震波通过基础传播时支座除了平动运动外还有转动运动因此地震输入的全面考虑原则上应包括平动和三个支座转动分量但是由于目前难以测定地面转动分量的大小和特性这种作用只有根据平动分量推测的量级分析对旋转运动做出假定来估计确定由地震引起结构中的有效力时最后应考虑的一个因素是在结构基底处的地面运动可以受结构自身运动的影响即在结构基底处产生的运动可能与无结构情况下观察到的自由场地的运动不同若柔软建筑物在坚固的基岩上则土与结构相互作用的影响甚小结构传给土壤的能量很少自由场地的运动可以作为基底位移的一个适合的度量
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MDAS-地震波选取方法

地震波的选取方法建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时T d的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*a max之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。

说明:有效峰值加速度 EPA＝Sa/2.5 （1）有效峰值速度 EPV＝Sv/2.5（2）特征周期Tg = 2π*EPV/EPA （3）1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

具体做法是：在对数坐标系中同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱，找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1，然后在拟速度反应谱上选定平台段，其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期T1)，结束周期为T2，将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa，拟速度反应谱在T1至T2之间的谱值求平均得Sv，加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5，按公式(1)、（2）、（3）求得EPA、EPV、Tg。

地震波的选取方法

地震波的选取方法2010-10-20 22:32:00| 分类：默认分类|举报|字号订阅建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。

说明:有效峰值加速度EPA＝Sa/2.5 （1）有效峰值速度EPV＝Sv/2.5 （2）特征周期Tg = 2π*EPV/EPA （3）1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

时程分析中地震波输入位置的讨论

时程分析中地震波输入位置的讨论摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系，能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程，是抗震分析的一种重要方法[1]。

目前有限元软件可以实现结构的时程分析，但是在不同的软件中，其实现方式不同，主要区别在地震波的输入位置不同。

本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析，对比结构相同位置的时程位移曲线，结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中，结构的地震响应基本一致。

关键词：时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same.Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls一、引言在时程分析等动力学问题中，地震力以加速度形式从基础固定处输入。

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化摘要：目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应谱法。

时程分析法作为补充计算方法，在不规则、重要或较高建筑中采用。

进行时程分析时，首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。

时程曲线的选择是否满足规范的要求，则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算，得到其反应谱曲线，并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。

本文通过介绍常用的数值计算方法及计算步骤，实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线，从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。

关键词：时程分析，地震波，反应谱，动力计算1 地震反应分析方法的发展过程结构的地震反应取决于地震动和结构特性。

因此，地震反应分析的水平也是随着人们对这两个方面认识的深入而提高的。

结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动力分析法这三个阶段。

在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性（或非线性）两个阶段。

[1]目前，在我国和其他许多国家的抗震设计规范中，广泛采用反应谱法确定地震作用，其中以加速度反应谱应用得最多。

反应谱是指：单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量（如加速度、速度、位移等）与体系自振周期的关系曲线。

反应谱理论是指：结构物可以简化为多自由度体系，多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体系反应的组合，每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。

其优点是物理概念清晰，计算方法较为简单，参数易于确定。

反应谱理论包括如下三个基本假定：1、结构物的地震反应是弹性的，可以采用叠加原理来进行振型组合；2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同；3、结构物最不利的地震反应为其最大地震反应，而与其他动力反应参数，如最大值附近的次数、概率、持时等无关。

[1]时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。

由于此法是对运动方程直接求解，又称直接动力分析法。

双向水平地震下时程分析法中输入波的选择

双向水平地震下时程分析法中输入波的选择杨红;任小军;徐海英【摘要】借鉴美国规范ASCE/SEI 7-05和FEMA 368关于三维分析的选波思路,并与我国二维分析中的双频段法相结合,提出了根据地震波两水平分量反应谱的SRSS谱与目标设计反应谱进行拟合的SRSS法和双周期法.以3个空间框架为例,分别以多遇地震下的最大弹性基底剪力、罕遇地震下的最大弹塑性顶点位移和最大弹塑性层间位移角为结构响应指标,对比分析了双频段法、SRSS法和双周期法对双向水平地震波的选择控制效果.结果表明,双周期法得到的最大弹性基底剪力离散性最小,SRSS法和双周期法得到的最大弹塑性顶点位移和最大弹塑性层间位移角的离散性均小于双频段法,双周期法具有对几种地震响应指标更全面、更好的控制效果.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)011【总页数】7页(P40-46)【关键词】三维框架结构;地震波;双向水平地震动;反应谱;时程分析【作者】杨红;任小军;徐海英【作者单位】重庆大学,土木工程学院,重庆,400045;重庆大学,土木工程学院,重庆,400045;中煤国际工程集团,重庆设计研究院,重庆,400016【正文语种】中文【中图分类】TU352.1非线性时程分析方法是研究结构强震反应的重要手段,选择合适的输入地震波是进行时程分析的基础.研究结果表明[1],对同一结构进行时程分析时,经常由于输入地震波不同而造成计算结果有数倍乃至数十倍之差.目前,各国规范对地震波选取的基本原则是:选波控制方案应使所选地震动的反应谱尽量与场地标准设计反应谱一致,并在不明显降低小样本分析可靠度的前提下确定较为恰当的小样本数量.王亚勇、杨溥等[1-4]采用杆模型或层模型对不同类型的平面结构在单向地震波输入下(二维分析)的弹性基底剪力、弹塑性最大顶点位移和最大层间侧移等进行统计分析后提出,输入地震波的选择方法应以我国建筑抗震规范所定的设计反应谱为目标谱,并应控制所选地震波的反应谱与目标谱在某些控制点(段)上的误差,这样各结构的地震反应离散性最小.其中杨溥等[3-4]提出的选波方法(以下简称双频段法)是:对地震记录的加速度反应谱值在[0.1,Tg](Tg为特征周期)平台段的均值以及加速度反应谱值在结构基本周期 T1附近一定区间[T1-ΔT,T1+ΔT]内的均值进行控制,要求所选择的地震记录加速度反应谱在这两个频段上与目标设计反应谱相差不超过设定限值.虽然目前对多维地震动相关性的研究尚不成熟,但地震动观测资料早已清楚地显示出地震动的两水平分量存在的差别,因此对于双向水平地震作用下三维空间框架的时程分析而言,直接借用前述二维分析的选波方法(如双频段法),忽略两水平分量的强度、频谱特性的差别等,显然是不合适的.我国《建筑抗震设计规范》对此给出的原则性建议是:三维空间模型输入双向地震波时,两水平方向的加速度最大值通常按1∶0.85的比例调整,每条加速度记录均应满足“在统计意义上相符”的要求.由于我国缺乏可操作的双向地震输入选波方法,工程界和研究者只能将此问题简化.例如文献[5]对典型空间框架进行双向非线性地震反应分析时借用了基于二维分析所得到的双频段法进行地震波的选取.事实上,对于空间结构,合理地选择双向水平地震波是正确评价结构地震反应规律的关键之一.借鉴美国SAC联合机构[6]、美国规范ASCE/SEI 7-05[7]和 FEMA 368[8]等采用的双向水平地震波选取方法,文中提出了与我国的双频段法相结合的双向地震波选取方法,并以 3个空间框架的大样本弹性、弹塑性地震反应为例,对所提出的选波方法进行评估,以期为我国双向地震输入波的选择提供指导.1 美国的选波方法美国SAC的选波方法是[6]:(1)确定目标反应谱,即基于硬土场地确定 4个不连续周期点的谱值(分别是周期为0.3、1.0、2.0、4.0 s处);(2)确定合理的地震震级和震距;(3)选取震级、震距和发震机制符合要求的地震记录;(4)调整反应谱,具体方法是:选取某一地震记录的两个水平分量,求出两水平分量的平均谱(即先求出每个水平分量的弹性反应谱,然后在每一周期坐标点上求得两个谱值的平均值);再分别求出平均谱与目标反应谱在周期为0.3、1.0、2.0、4.0s处谱值误差的加权平方,以该目标函数达到最小值为依据确定所需的调整系数.ASCE/SEI 7-05和FEMA 368的选波方法是[7-8]:(1)根据所选地震波与目标谱的拟合程度来选择地震动输入;(2)二维分析时的选波原则与我国类似;(3)三维分析时,应选取震级、震距和发震机制与结构预期地震相一致的地震记录的两个水平分量,然后求出两个分量的SRSS(平方和开方)(即先求出每个水平分量的反应谱,然后在每一周期坐标点上求得两个谱值的平方和开方);(4)对SRSS谱进行调整,以拟合目标反应谱;(5)对输入地震动数量的要求是:取不少于 7条波时的均值或少于7条波时的最不利值作为结构的响应.由以上分析可见,美国通常采用的选波基本原则与我国是一致的,均是以所选地震波的反应谱与目标反应谱的拟合程度为依据进行选择(或调整).与我国的不同之处是(同时也是二维分析的选波方法与三维分析的区别):在拟合目标反应谱时,二维分析是根据一个水平分量的反应谱进行选波,三维分析则要求根据两水平分量反应谱的平均谱或SRSS谱进行拟合.2 平均谱与SRSS谱的差别三维分析中,SAC采用平均谱、ASCE/SEI 7-05和FEMA 368采用SRSS谱分别求得能代表两个分量特征的“指标反应谱”,并与标准反应谱进行拟合.为了比较平均谱和SRSS谱的差别,文中随机挑选了部分地震波及其相关波进行分析.在对比分析时,平均谱、SRSS谱的求取方法如前所述,且平均谱和SRSS谱的起点谱值(周期为零时的纵坐标)均调整为一致(这里取与8度0.2g罕遇地震的峰值加速度PGA一致),以显示两种谱曲线的形状差异(因为无论采用何种谱曲线进行选波,在与标准反应谱拟合时均必须首先调整谱曲线的起点谱值并使其相互一致).限于篇幅,图 1、2仅给出了少量对比结果(均为相对差别较大的情况),综合其它地震记录的对比结果可以发现,平均谱和SRSS谱差别非常小.从方便规范应用的角度出发,以下选用SRSS谱.图1 USA 00707波与相关波USA 00706的平均谱和SRSS谱Fig.1 Average and SRSS spectra of USA 00707 and USA 00706图2 USA 00004波与相关波USA 00005的平均谱和SRSS谱Fig.2 Average and SRSSspectra of USA 00004 and USA 000053 基于双频段法的双向地震波选取方法将美国SAC、ASCE/SEI 7-05和FEMA 368的三维分析选波方法与我国二维分析所采用的双频段法相结合,文中提出我国的三维分析可采用如下两种选波方法:第一种方法是:控制所选地震波的两个水平分量的SRSS反应谱与目标谱在两个频段上的误差,使选出的地震波与目标谱具有满足误差要求的一致性.其具体过程是:(1)对地震记录的加速度反应谱的SRSS谱值在[0.1,Tg]平台段的均值进行控制,要求所选双向水平地震记录的加速度反应谱的SRSS谱值在该段的均值与对应的设计反应谱相差不超过某一误差限值;(2)对结构基本周期T1附近一定区间[T1-ΔT,T1+ΔT]内的SRSS谱值的均值进行控制,要求它与设计反应谱在该段内各周期点的偏差均值不超过某容许限值.该方法以下简称SRSS法.二维分析只有一个主轴方向,其基本周期重要,双频段法据此选择了对结构基本周期附近的段反应谱进行控制的思路.但对三维空间结构而言,其两个主轴方向各自对应一个“第一周期”,一般记为空间结构的T1和T2.可见,空间框架两个主轴方向的“第一周期”分别与二维分析的基本周期具有对等的地位,其 T2与二维分析的第二周期有本质区别,它代表了空间结构在另一个主轴方向的基本振动特性.此外,还应注意SAC选波法与我国双频段法的不同,即SAC选波方法分别在周期为0.3、1.0、2.0、4.0s共4处对目标谱进行拟合.据此,文中提出的第二种方法是:在双频段法的基础上,将SRSS谱与目标反应谱的拟合区段增加为 3个频段,即分别对[0.1,Tg]、T1附近的[T1-ΔT1,T1+ΔT1]区段和T2附近的[T2-ΔT2, T2+ΔT2]区段进行控制,各区段的控制方法与双频段法一致(容许误差限值可稍微降低).该方法以下简称双周期法.实际的三维分析中,当T1和T2接近时,SRSS法相当于也考虑了T2的影响,此时SRSS法与双周期法并无本质区别;当T1和 T2差别偏大时,第二振型的贡献不容忽略,此时采用双周期法更为合理.由于双周期法的控制效果较SRSS法更加严格,其拟合反应谱的误差限值可以适当放松.根据上述原理用Matlab编程,得到了文中提出的两种双向地震选波方法的计算程序.4 分析算例的基本情况分析算例为3个质量、刚度分布皆均匀、规则的3跨×2跨空间框架,其平面布置见图 3,基本信息见表1.限于篇幅,荷载布置、梁柱配筋等不再详述.图3 空间框架KJ2、KJ3的平面布置图(单位:mm)Fig.3 Plan view of spatial frames KJ2 and KJ3(Unit:mm)注:框架KJ1的柱距均为6.6m,次梁沿x轴横向居中布置,其它同本图表1 各空间框架的基本信息1)Table 1 Basic informations of spatial frames1)柱截面尺寸中前一个数为x轴方向的柱截面边长;框架 KJ2的中柱的截面尺寸均为600mm×600mm;最大顶点位移、最大层间位移角、基底剪力均为框架设计时的弹性反应(小震下);KJ1取500mm×800mm的扁柱是为了使该框架的前两阶周期差别较大.?所有动力分析均在OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)[9]上完成.文中分析时,材料对象分别采用基于Kent-Scott-Park的单轴混凝土模型(Concrete02 Material)和基于Menegotto-Pinto的钢筋模型(Steel02 Material).截面对象采用纤维模型(Fiber Section);单元对象采用基于柔度法的非线性梁柱单元(Force Based Nonlinear Beam Column Element).材料对象各特征参数的取值方法等可参见文献[5].对上述 3个空间框架,分别按照二维分析的双频段法以及前文提出的两种三维分析选波方法进行了选波(其中双周期法仅用于T1、T2不同的KJ1).将双频段法用于三维框架时,仍然仅以单向地震记录、基本周期 T1为依据进行选波,然后对符合要求的地震记录直接取用其相关水平分量,以组成双向输入.选波采用的地震记录数据库与文献[3]相同(共 4083条),但文中选波时可供选择的地震波实际上明显较文献[3]少,其原因在于文献[3]的原地震数据库内相当部分没有相关记录,且文中仅采用了美国的记录(未包括日本、加拿大、新西兰、印度等国家的记录),并提前剔除了未校正、竖向、楼面的记录,这样得到的最后可供本文选择的有效地震记录仅为 1085对.按各种方法选波时,参数、误差控制水平尽量保持一致(见表 2,双周期法的误差限值控制参数需放松,以满足 30组地震记录的要求).由于可供选择的地震记录仅1085对,因此文中选波时的容许误差取值较文献[3]明显更放松,这也直接导致后文 3个空间框架的各种地震反应离散性明显大于文献[3]的类似反应结果,但这并不影响3种选波方法的对比效果.实际上,只要地震波库足够大,在实际应用时采用双周期法的误差限值并不需要像文中一样放松(取0.1～0.15即可).表2 各种选波方法的容许误差Table 2 Allowable errors of wave-selectingmethods?由于文中将分别以多遇地震下的最大弹性基底剪力、罕遇地震下的最大弹塑性顶点位移等为指标对3种选波方法的效果进行对比计算,故框架 KJ2 (8度)、框架KJ3(9度)按照 3种方法选波时,其特征周期均未按我国《建筑抗震设计规范》第 5.1.4条的要求增加0.05s(罕遇地震作用时),这不会干扰3种选波方法的对比效果.对每一框架,3种方法均各随机选出30对地震波(其中部分地震记录是某两种方法都能选出来的.对于双频段法和SRSS法,两种方法均能选出的地震记录分别是KJ1共14对、KJ2共13对、KJ3共12对;框架KJ1用SRSS法和双周期法两种方法均能选出的地震记录为12对).限于篇幅,各方案选出的地震记录的具体信息不逐一列出.5 时程分析的计算结果对比将各选波方法选出的地震加速度时程输入各框架,分别进行多遇地震和罕遇地震下的动力反应分析,然后依据动力反应最大值的离散程度对选波方法进行评价[1-3],并分别选用多遇地震下的最大弹性基底剪力、罕遇地震下的最大弹塑性顶点位移、最大弹塑性层间位移角作为结构响应指标进行对比分析.3个框架分别按不同选波方法得到的地震记录所计算的多遇地震最大弹性基底剪力统计结果如表3所示.从基底剪力的分布范围和离散性(变异系数,标准差与均值的比值)看,对3个框架均是SRSS法稍优于双频段法,KJ1的计算结果则表明双周期法效果最好.表3 多遇地震下框架的最大弹性基底剪力Table 3 Maximum elastic base shears of frames under frequent earthquake?不同选波方法所得到的空间框架KJ1在x轴方向的最大弹性基底剪力如图4所示(为方便比较和表达,该图横坐标“地震记录序号”是依据基底剪力的值按从小到大的顺序排列后给出的,以下各图相同.因此,各框架的同一轮计算结果中,对于不同结构响应指标的横坐标,每个“地震记录序号”对应的实际地震波并不一直相同).图4 框架KJ1在x轴方向的最大弹性基底剪力对比Fig.4 Comparison ofmaximum elastic base shears of KJ1 along x axis由图4可见,双周期法的曲线大部分位于SRSS法和双频段法曲线之下,且明显更为平缓、分布范围更小(仅“地震记录序号”为1的位置有突变).框架KJ1在y向的基底剪力规律与此类似,不再列图说明.上述分析表明,除个别情况外,按照双周期法的选波结果计算的多遇地震基底剪力的离散性明显最小,而SRSS法的改善效果则不明显.3个框架按不同选波方法所得的罕遇地震下最大弹塑性顶点位移、最大弹塑性层间位移角如表 4、5所示.表4 罕遇地震下框架的最大弹塑性顶点位移Table 4 Maximum elasto-palstic top displacements of frames under rare earthquake?表5 罕遇地震下各空间框架的最大弹塑性层间位移角Table 5 Maximum elasto-p lastic inter-story drift angles of frames under rare earthquake?结果表明,除个别情况外(即KJ2的y向最大弹塑性顶点位移),SRSS法计算的3框架的最大弹塑性顶点位移和最大弹塑性层间位移角的分布范围和离散性相对于双频段法均有不同程度的改善(其中KJ1的改善效果更明显,最大弹塑性层间位移角的改善效果相对最大弹塑性顶点位移稍好);对KJ1而言,双周期法得到的计算结果与SRSS法相比没有明显差别,但均较双频段法有较为明显的改善.虽然表4显示SRSS法所得KJ2的y向最大弹塑性顶点位移的离散性较双频段法的稍大(最小值也更小),但从图5给出的框架KJ2在y向的最大弹塑性顶点位移可以发现,SRSS法的曲线与双频段法在中间的绝大部分区段差别不大,SRSS法在曲线起始端更小、双频段法在曲线末端则有两个突变点,可见很难准确判断两者的优劣关系.图5 框架KJ2在y轴方向的最大弹塑性顶点位移对比Fig.5 Comparison ofmaximum elasto-p lastic top displacements of KJ2 along y axis不同选波方式下,KJ1在x轴方向的最大弹塑性层间位移角如图6所示.图6 框架KJ1在x轴方向的最大弹塑性层间位移角对比Fig.6 Comparison ofmaximum elasto-p lastic inter-story drift angles of KJ1 along x axis由图 6可见,“地震记录序号”在 1-19之间时,3种选波方法的计算结果差别很小(SRSS法在起始端稍好),“地震记录序号”在 20至 30之间时,双频段法的计算结果明显更大,双周期法与SRSS法则差别很小.罕遇地震下最大弹塑性顶点位移和最大弹塑性层间位移角的对比结果表明,双频段法选择的地震记录更容易造成时程分析结果误差偏大,使工程师更难判断.6 结论(1)双向水平地震动输入选波时,如果直接采用我国常用的基于二维分析结果所提出的双频段法,忽略地震动两水平分量的强度、频谱特性等的差别,从理论上而言是不合适的.(2)将美国规范ASCE/SEI 7-05和FEMA 368在三维分析中的选波方法与我国的双频段法相结合,提出了根据地震波两水平分量反应谱的SRSS谱与目标标准反应谱进行拟合的SRSS法,以及在SRSS法的基础上增加对第二周期附近的SRSS谱进行控制的双周期法.(3)3个规则空间框架的算例计算结果表明,双周期法得到的多遇地震下最大弹性基底剪力离散性明显最小,SRSS法和双周期法得到的罕遇地震下最大弹塑性顶点位移和最大弹塑性层间位移角的离散性均明显小于双频段法,综合而言,双周期法具有对空间框架几种地震响应指标更全面、相对更好的控制效果.(4)当结构两主轴方向的周期和差别较小时可直接采用SRSS法;当结构两主轴方向的周期差别较大(如相差0.4s以上)且地震波库足够大时则建议采用效果更好的双周期法.参考文献:[1] 王亚勇.关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨[J].建筑结构学报,2000,21(1):21-28.Wang Ya-yong.A review of seismic response spectra,time history analysis and energy method[J].Journal of Building Structures,2000,21(1):21-28. [2] 王亚勇,刘小弟,程民宪.建筑结构时程分析法输入地震波的研究[J].建筑结构学报,1991,12(2):51-60.Wang Ya-yong,Liu Xiao-di,Cheng Min-xian.Study on the input earthquake ground motion for time history analysis of structures[J].Journal of Building Structures,1991, 12(2):51-60.[3] 杨溥.基于位移的结构地震反应分析方法研究 [D].重庆:重庆建筑大学土木工程学院,1999.[4] 杨溥,李英民,赖明.结构时程分析法输入地震波的选择控制指标[J].土木工程学报,2000,33(6):34-37.Yang Pu,Li Ying-m in,LaiMing.A newmethod for selecting inputting waves for time-history analysis[J].China Civil Engineering Journal,2000,33(6):34-37.[5] 杨红,王建辉,白绍良.双向地震作用对框架柱端弯矩增大系数的影响分析 [J].土木工程学报,2008, 41(9):40-47.Yang Hong,Wang Jian-hui,Bai Shao-liang.Effect of bidirectional horizontal seismic excitation on the moment amplification factor of columns[J].ChinaCivil Engineering Journal,2008,41(9):40-47.[6] Somerville P,Smith N,Punyamurthula S,et al.Developmentof ground motion time histories for phase 2 of the FEMA/SAC steel p roject,Report NO SAC/BD-97/04 [R].Sacramento:SAC Joint Venture,1997.[7] ASCE Standard ASCE/SEI 7-05 Minimum design loads for buildings and other structures[S].[8] BSSC.NEHRP recommended provisions for seism ic regulations for new buildings and other structures(2000 edition),Part1:provisions[S].Washington:Building Seism ic Safety Council,2001.[9] Mazzoni S,F McKenna.Scott M H,et al.OpenSees usersmanual[Z].Berkeley:PEER,2009.。

地震波的选取方法

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

时程分析地震波选取问题

间)的地震波.
7. <<抗震规范>>第 5.1.2 条也对时程分析做了进一步的解释.其中有
一条: “时程分析中加速度有效峰值按照规范表 5.1.2-2 中所列地震加
速度最大值采用,即以地震影响系数最大值除以放大系数(约 2.25)得到.” 这就涉及到地震影响系数α max 是如何取值的. 我们知道水平地震作用的基本公式为
时程曲线地震加速度时程曲线的最大值
地震烈度
6
7
8
9
地震系数 k 0.05 × 0.35 × g 0.1× 0.35 × g 0.2 × 0.35 × g 0.4 × 0.35 × g
= 0.175m / s 2 = 0.35m / s 2
= 0.7m / s 2
= 1.4m / s 2
= 18cm / s 2
= 35cm / s 2
= 70cm / s 2
= 140cm / s 2
性.根据统计分析,烈度每增加一度, k 值大致增加一倍. 地震系数 k 与地震烈度的关系
地震烈度
6
7
8
9
地震系数 k
0.05
0.10
0.20
0.40
另外一个动力系数
β = Sa .. x0 max
它是单质点最大绝对加速度和地面最大加速度的比值,表示的是
质点的最大绝对加速度比地面最大加速度放大了多少倍.它的表达式
..
F
=
mS a
=
mg (
x0 max )( g
Sa
..
x0
) = Gkβ = αG
max
上式中引入了两个系数 k , β .
其中 k 叫地震系数,表示地震时,地面加速度的大小(相对于加速度

浅谈建筑结构时程分析法输入地震波的研究

浅谈建筑结构时程分析法输入地震波的研究摘要：本文主要对建筑结构时程分析法进行分析，首先对地震反应谱的影响因素进行分析，然后探究建筑结构时程分析法的主要功能以及时程分析法中输入地震波的选择方法。

关键词：建筑结构；时程分析法；输入地震波引言《建筑抗震设计规范》中对于建筑的类型以及相应的防震要求做了详细的规定，其中对于特备不规则建筑、对于甲级I、II类建筑高度超过80m时，以及IV类场地等建筑应该采用时程分析法进行计算。

但是在实际的计算过程中，由于实际情况的差异性，因此计算结果往往缺乏一定的准确性，根据研究发现，在使用时程分析法计算时，输入不同的地震波，最终的计算结果也不相同。

因此要提高时程分析法的准确性首先需要对地震波的选择进行分析，明确时程分析法中输入地震波的选择规范，从而提高建筑结构的防震质量，提高建筑的整体质量。

1地震反应谱1.1地震反应谱概述地震反应谱的含义即是指单自由度弹性系统与实际地震加速度以及体系自振特征三者之间的函数关系。

[1]在输入地震波相同的情况下，受地层固有周期以及结构物不同的影响，最终产生的振动位移反应也不相同，并且由这些反应呈现出的多种振动曲线组成地震反应谱。

在地震反应谱的设计当中，首先选取不同的固有周期的位移时程曲线最大值为纵坐标，并将其对应的周期设为横坐标，通过横纵坐标的确定，绘制曲线图作为抗震设计中的相应震动幅值。

1.2影响地震反应谱的因素根据研究表明影响地震反应谱的因素多种多样，其中震源机制、局部场地条件以及传播媒介等因素对于地震反应谱的影响最大。

[2]根据一九八八年十一月云南澜沧-耿马地震中地震反应谱的记录可以发现，景洪台站与地震中心的距离为142千米，且景洪台站位于冲击土层上。

思茅台站与地震中心的距离为128千米，且位于沙粉岩地基上。

通过以上数据可以看出景洪台站与思茅台站处于同一方位并且震源机制相同，传播的途径也大致相似，但是最终呈现的地震反应谱却存在较大的差异性，以此可以得出局部场地条件对于地震反应谱的影响因素较大。

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则1

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则2010-06-06 20:14:20| 分类：结构设计相关| 标签：高层建筑地震地震波地震资料|字号大中小订阅地震动具有强烈随机性，分析表明，结构的地震反应随输入地震波的不同而差距很大，相差高达几倍甚至十几倍之多。

故要保证时程分析结果的合理性，必须合理选择输入地震波。

归纳起来，选择输入地震波时应当考虑以下几方面的因素：峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量，其中，前三个因素称为地震动的三要素。

1、峰值调整地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当，否则应按下式对该地震波的峰值进行调整。

A′(t) = (A′max/A max) A (t)其中，A′(t) 和A′max分别为地震波时程曲线与峰值，A′max取设防烈度要求的多遇或罕遇地震的地面运动峰值; A (t) 和Amax分别为原地震波时程曲线与峰值。

2、频谱特性频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响程度。

它与地震传播距离、传播区域、传播介质及结构所在地的场地土性质有密切关系。

地面运动的特性测定表明，不同性质的土层对地震波中各种频率成分的吸收和过滤的效果是不同的。

一般来说，同一地震，震中距近，则振幅大，高频成分丰富;震中距远，则振幅小，低频成分丰富。

因此，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距很远或当冲积土层很厚而土质又较软时，由于地震波中的短周期成分被吸收而导致长周期成分为主。

合理的地震波选择应从两个方面着手：1) 所输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致。

2) 所输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。

3、地震动持时地震动持时也是结构破坏、倒塌的重要因素。

结构在开始受到地震波的作用时，只引起微小的裂缝，在后续的地震波作用下，破坏加大，变形积累，导致大的破坏甚至倒塌。

有的结构在主震时已经破坏但没有倒塌，但在余震时倒塌，就是因为震动时间长，破坏过程在多次地震反复作用下完成，即所谓低周疲劳破坏。

复杂立交时程分析地震输入的选择和人工合成

复杂立交时程分析地震输入的选择和人工合成王天利;李青宁;王敏利;闫雯【摘要】In the time-history analysis for structure seismic research, the kind of stimulus input to be selected and designed is an extremely important issue. The selection and synthesis of the earthquake stimulus inputs for bridge structures in a complicated interchange system were studied. The selective principles that “two groups” plus “one group”, and the correlation coefficient less than 0. 1 between the two groups in the same direction were put forward. A new method to synthesize the earthquake wave that includes field characteristics was built, and its corresponding program was developed based on the model and algorithm. Finally, using a long curved ramp bridge in an interchange sys-tem as an example, the validity of the selecting and synthesizing method was verified. The results showed that the new earthquake wave synthesized according with the multiple factors such as ampli-tude-frequency characteristics and the current criterion response spectrum and phase-frequency char-acteristics from natural earthquake record not only has the frequency-domain non-stationary charac-teristics of natural seismic records, but also complies with the criterion response spectrum of current highway bridge seismic design specifications. This method should be recommended for use.%针对时程分析法进行结构抗震研究时输入地震波的选择和设计问题，研究了复杂立交中桥梁结构应用时程分析进行抗震设防时地震输入的选择和人工合成。