桥梁地震反应分析中输入地震波的确定
梁桥结构地震反应分析中输入地震动选取及调整方法研究
梁桥结构地震反应分析中输入地震动选取及调整方法研究张云;谭平;郑建勋;周福霖【摘要】Time-history analysis method is the most popular seismic analysis one of bridge structures,however, selection of input seismic motion is a key factor to affect the reliability of time-history analysis bining the basic principle of structure dynamic amplification coefficient and the energy principle of seismic wave.The seismic response spectrum of a bridge structure was divided into two intervals,one was a lower-frequency interval with a frequ ency range of ±30% the structure's natural vibration period,the other was a higher-frequency one with a frequency range of 0.1 s-Tg regulated by the code.The surrounding areas fo these twointervals'spectral curves were taken as comparative parameters to choose natural seismic wave records.Five adjusting methods of natural seismic wave records based on the above mentioned two intervals were presented here.In addition,seismic response numerical analysis of a typical multi-span bridge was performed,bridge pier bottom moment,base shear and pier top displacement were taken as statistical values of the bridge's seismic responses.Numerical analysis results showed that the double-parameter selecting and adjusting methods for seismic wave records are reasonable and effective.%针对桥梁结构地震动分析时所输入地震动选择会影响时程分析结果的可靠性，结合结构动力放大系数基本原理及地震波能量原理，通过分析反应谱型特点，将其拟合归纳为以结构自振周期±30％范围及规范规定的0．1 s－Tg范围分别定义为低频、高频对比区间，以两个区间反应谱曲线包围面积作为对比参数进行自然地震波选择依据。
地震作用下桥梁动态响应分析
地震作用下桥梁动态响应分析地震是一种破坏力极大的自然灾害，对桥梁等基础设施的安全构成严重威胁。
桥梁作为交通运输的关键节点，其在地震作用下的动态响应特性直接关系到人员生命和财产安全。
因此，深入研究地震作用下桥梁的动态响应具有重要的理论和实际意义。
一、桥梁在地震中的受力特点桥梁在地震作用下主要受到水平地震力和竖向地震力的影响。
水平地震力通常是导致桥梁结构破坏的主要因素，它会使桥梁产生水平位移、弯曲变形和剪切破坏。
竖向地震力虽然相对较小，但在某些情况下也可能引起桥梁的墩柱破坏、支座失效等问题。
此外，地震波的传播特性也会对桥梁的受力产生影响。
地震波包括纵波、横波和面波，它们的传播速度和振动方式不同，使得桥梁在不同部位受到的地震作用存在差异。
例如，面波在地表附近传播，其能量较大，对桥梁基础的影响较为显著。
二、桥梁结构对地震响应的影响1、桥梁的类型和跨度不同类型的桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥等）在地震作用下的响应有所不同。
一般来说，梁桥的结构相对简单，但其跨度较小，在地震中的变形能力有限；拱桥具有较好的抗压性能，但对水平地震力的抵抗能力相对较弱；斜拉桥由于其复杂的结构体系，地震响应较为复杂，需要进行详细的分析。
桥梁的跨度也是影响地震响应的重要因素。
跨度越大，桥梁的自振周期越长，与地震波的共振可能性就越大，从而导致更大的地震响应。
2、桥墩和桥台的形式桥墩和桥台是桥梁的重要支撑结构，它们的形式和尺寸对地震响应有显著影响。
实心桥墩的抗弯和抗剪能力较强，但在地震作用下容易产生较大的内力；空心桥墩则具有较好的延性，但在强震作用下可能发生局部屈曲。
桥台的类型（如重力式桥台、轻型桥台等）也会影响桥梁与地基的相互作用，进而改变地震响应。
3、支座和伸缩缝支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部件，其力学性能直接影响桥梁在地震中的变形和受力。
常见的支座类型如板式橡胶支座、盆式支座等，它们在地震中的滑移和变形特性不同，会导致桥梁的地震响应有所差异。
反应谱和傅里叶谱+地震波选取
【拓展知识1-2】功率谱，反应谱和傅里叶谱，地震波选取，地震持续时间确定功率谱功率谱是功率谱密度函数的简称。
对于一般情况的随机振动，其时间历程具有明显的非周期性，具有连续的多种频率成分，每种频率有对应的功率或能量，用图像来表示这种关系，称为功率在频率域内的函数，简称功率谱密度。
加速度功率谱是对地震动加速度时程进行快速傅里叶变换（FFT）得到的[1]。
对于非平稳随机过程，功率谱密度的单位是G的平方/频率。
G指的是随机过程。
对于加速度功率谱，加速度的单位是m/s2，则功率谱密度的单位是（m/s2）2/Hz，Hz的单位是1/s，故加速度功率谱密度的单位为m2/s3。
加速度功率谱密度函数曲线下方的面积代表随机加速度的总方差，即加速度功率谱可以理解为“随机加速度方差的密度分度”。
参考文献[1] 庄表中. 随机振动入门.科学出版社，1981.反应谱和傅里叶谱反应谱（earthquake response spectrum），是单自由度弹性系统对于某个实际地震加速度的最大反应（可以是加速度、速度和位移）和体系的自振特征（自振周期或频率和阻尼比）之间的函数关系。
反应谱是地震工程中分析结构和设备在地震中的性能的非常有用的工具，因为许多主要表现为简单的振荡器(也称为单自由度系统)。
因此，如果能找出结构的固有频率，那么建筑的峰值响应可以通过从地面响应谱中读取相应频率的值来估计。
在地震区域的大多数建筑规范中，这个值构成了计算结构必须抵抗的力的基础(地震分析)。
如前所述，地面响应谱是在地球自由表面所做的响应图。
如果建筑物的响应与地面运动(共振)的组成部分“协调”，可能会发生重大的地震破坏，这些成分可以从响应谱中识别出来。
傅里叶谱，全称为傅里叶振幅谱。
地震波是在时间上连续的随机过程，地震动记录仪是按照一定的采样频率得到该连续曲线上离散的点，想要还原这个曲线，可以通过解N 元1次方程组，更简洁有效的方式是采用有限傅里叶级数来近似原始的时间历程。
桥梁抗震设计规范要求解析
桥梁抗震设计规范要求解析桥梁作为重要的交通基础设施，其抗震能力至关重要。
为了保障桥梁在地震中的安全性和可靠性，各国都制定了相应的桥梁抗震设计规范。
本文将对桥梁抗震设计规范的要求进行解析，并探讨其中的关键内容。
一、设计基础要求桥梁抗震设计规范中的核心要求是保障桥梁在地震中的安全性。
设计师需要充分了解桥梁所处地区的地震状况，包括地震烈度、地震波频谱、地震活动性等。
同时，还需要根据桥梁的使用功能、所处环境等因素，确定设计的设计地震烈度等级。
二、结构设计要求桥梁抗震设计规范要求设计师在结构设计中采用适当的抗震措施，确保桥梁具备良好的抗震能力。
具体要求包括：1. 合理选择桥梁结构形式，使其具备良好的刚度和强度。
在桥梁设计过程中，需要进行力学分析，确保结构能够承受地震作用带来的横向力和纵向力。
2. 结构材料的选择和使用也是关键。
对于抗震设计来说，采用高强度材料是一个重要的措施。
此外，设计师还需要合理安排构件的连接方式和施工工艺，确保结构的整体性能。
3. 桥墩和桥台的设计也需要考虑到地震的影响。
规范要求加固桥墩和桥台，提高其抗震能力，同时在设计过程中合理布置剪力墙、加筋柱等构件。
三、地震荷载计算在桥梁抗震设计中，地震荷载的计算是必不可少的一步。
地震荷载计算主要包括地震作用的分析和地震波的选择与输入。
设计师需要根据桥梁结构形式和地震烈度等级，确定适当的地震波，并进行地震反应的分析。
同时，还需要考虑桥梁构件的非线性行为和耐震性能，确保结构在地震作用下的性能。
四、抗震设防目标桥梁抗震设计规范中规定了相应的抗震设防目标，旨在保障桥梁的安全性和可靠性。
抗震设防目标主要包括等级、烈度、设防水平等。
不同地区的桥梁抗震设防目标可能存在差异，需要根据具体情况进行确定。
设计师需要充分理解抗震设防目标的要求，并在设计过程中予以落实。
五、桥梁抗震监控与评估桥梁抗震设计规范还要求加强对桥梁的抗震监控与评估，及时发现和解决桥梁抗震问题。
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。
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。
地震波输入
地震波输入目前,地震波输入以加速度时程输入为主.在不考虑土-结构共同作用问题中,该加速度时程是固定基底的加速度-时间曲线;考虑土-结构共同作用问题中,这一加速度时程是基岩运动的加速度-时间关系.不同的地震波输入位置都可以称为地震波输入面.从实质上讲,在地震动力响应问题中,地震波的时程曲线是地震输入面的运动约束条件.从数理方程的角度看,这一条件是一个边界条件.结合目前我们常用的加速度时程,这一条件可以表述为:地震波输入面上各点运动的加速度等于\地震波加速度时程\对应时刻的值.当我们引入达朗贝尔原理后,我们可以在非惯性系上是用牛顿运动定理.同样,我们可以以地震输入面为参照系,这样就需要在结构上施加相应的惯性力,以保证牛顿定理的适用性.因此,实际上我们输入的惯性力是并不存在的.在数学上看,这一方法实质上是把运动边界条件换为固定边界.在ANSYS中,ACEL命令是给物体施加加速度场,那么通过这种命令输入地震波实际上是在求解结构相对于地震波输入面的位移.D命令是给结构施加边界条件的命令,在瞬态分析中,加速度可以作为有限元荷载施加在节点上,我们可以将地震的加速度时程施加于地震输入面,这一模型求解的就是结构的绝对反应.*SET,NT,500 ! 假如有500个地震波数据点*SET,DT,0.02 ! 每个地震波数据点之间的时间间隔是0.02*dim,AC1,,NT,1 !定义X方向加速波的数组!*dim,AC2,,NT,1 !定义Y、Z方向加速波的数组如果有的话 !*dim,AC3,,NT,1 *vread,AC1(1),elcentro_EW,txt,,JIK,1,NT !读入X方向地震波文件(elcentro_EW.txt)到数组 (F16.2)!*vread,AC2(1),elcentro_NS,txt,,JIK,1,NT !读入Y、Z方向地震波文件、如果有的话 !(F16.2)!*vread,AC3(1),elcentro_EW,txt,,JIK,1,NT !(F16.2)*DO,I,1,NT !加载求解 ACEL,AC1(I),AC2(I),AC3(I) TIME,I*DT SOLVE其实很简单您只需把地震波当做很多加速度输入就行下面是命令流NT=1000 !时程曲线有NT个点 DT=0.01 !时间间隔 *dim,ac,,NT/input,tianjin,txt !天津波 /SOLUANTYPE,TRANS !瞬态分析*do,i,1,NT ACEL,0,ac(i),0 TIME,i*DT solve *enddo对于地震波的数据有很多例如上述的天津波以下是其格式举例： ac(1)= -0.06334598 ac(2)= -0.04417088 ac(3)= -0.02188456 ac(4)= -0.00622243 ac(5)= 0.01599961 ac(6)= 0.03431334 ac(7)= 0.05332774 ac(8)= 0.07603510 ac(9)= 0.09322070 ac(10)= 0.11568701希望对您有帮助!对于博研波的输入，可以把荷载记录做成文件，利用apdl的读取功能读入倒数据库中。
第四讲-2 多点地震动输入
t s d u u u u g u g 0
u s为由于基础位移u g的拟静力位移，显然随时间而变化; u d 为结构的动力位移； 当结构各基础经历一致地面运动时p g (t ) 0.
k k T g
2, 直接积分法（动力时程反应分析） 动力时程反应分析可以描述结构在动力荷载作用下的结构反应 情况，对大跨度结构来说主要分为结构建模和结构输入两大部分。 近年来，随着计算手段的完善和具有较强分析模拟能力软件的开发 与利用，结构特别是大跨度结构的地震反应分析有了深入、全面的 发展，较之20世纪80年代以前主要以SAP或ADINA软件为蓝本的分 析更推进了一步，出现了一些国内外通用的计算软件。 目前各国学者对结构动力时程反应分析，在结构建模方面多采用三 维动力分析模型，并着重对地震波输入模型的影响效果进行深入的 探讨。地震波在介质中传播对大跨度结构地震时程反应影响的有效 模拟是近年来在大跨度结构抗震研究的热点之一，其中尤以多点输 入模型的建立为主要研究领域，主要以分析空间两点地震波的变异 规律，如行波效应、传播衰减、频率变异、入射角度变化等为主。 直接积分法是在结构的各支点输入地震动，求出结构的反应时程。 鉴于多点输入的特殊性，结构反应计算公式必须重新推导。
t m g u g cu t cgu g kut k g u g 0 mu
ut u s u d
d cu d kud p eff (t ) mu s m g u g ) (cu s cgu g ) (kus k g u g ) p eff (t ) (mu
地震发生时，从震源释放出来的能量是以波的形式传至地表，引起地面振动。 对于平面尺寸较大的结构，各支点的地震动是不同的，产生变化的原因大致有三 点。
大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用
大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用目录一、内容概要 (2)1. 桥梁工程的重要性 (2)2. 抗震分析的意义与挑战 (3)二、有限元法概述及其在桥梁抗震分析中的应用 (4)1. 有限元法基本概念与原理 (6)1.1 有限元法定义与发展历程 (7)1.2 基本原理与计算步骤 (8)2. 有限元法在桥梁抗震分析中的应用现状 (9)2.1 应用范围及优势 (10)2.2 存在的问题与挑战 (11)三、大跨度桥梁整体有限元建模与分析方法 (13)1. 整体有限元建模流程 (14)1.1 模型建立前的准备工作 (15)1.2 模型建立过程及参数设置 (16)1.3 模型验证与校准 (17)2. 大跨度桥梁整体分析方法 (19)2.1 静力分析方法 (21)2.2 动力分析方法 (22)2.3 抗震性能评估指标 (23)四、大跨度桥梁抗震分析中的关键技术与策略 (25)1. 地震波输入与选择 (27)1.1 地震波特性分析 (28)1.2 地震波输入方法比较与选择 (29)2. 结构损伤评估与修复策略 (30)2.1 结构损伤识别技术 (32)2.2 损伤程度评估方法 (34)2.3 修复策略与建议 (35)一、内容概要本文档主要介绍了大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用。
整体有限元法是一种将结构划分为多个单元，通过离散化的方法对整个结构进行建模和求解的方法。
在大跨度桥梁抗震分析中，整体有限元法具有较高的计算精度和效率，能够有效地模拟桥梁在地震作用下的响应过程，为桥梁的抗震设计提供有力的支持。
本文档首先介绍了大跨度桥梁的基本结构特点和抗震要求，然后详细阐述了整体有限元法的基本原理、方法和步骤，包括单元划分、刚度矩阵和边界条件设置等。
通过实例分析，展示了如何运用整体有限元法对大跨度桥梁进行抗震分析，以及如何根据分析结果优化结构设计，提高桥梁的抗震性能。
对整体有限元法在大跨度桥梁抗震分析中的应用前景和技术发展趋势进行了展望。
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。
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。
桥梁抗震设计中地震波的合理选取
Ｔ 一 ２ ｎ
Ｕ
０ ５ ０ ７ ９９ ． １ ． ２
０ ６ ． １ ０ ７ ． １
５ ９ ５ ７ ． ７
６ ５ ０ ８ ． ７ ５ ７ ５ ６ ． ９
１ ５１ ．
１ ６ ． １ １ ７ ． １
间 的拟速度 反应 谱值 ， 表 ｌ 见 。
表 １ 绝 对 加 速 度 反 应 谱 及 拟 速 度 反 应 谱 值
地震 动 反应谱 特征 值 周 期 Ｔ 应 根 据 场 地 类 ｜
别 和地震 动参 数 区划表按 抗震 规 范取 值 。实 取地 震 动反应 谱 特 征 值 周 期 ， 即场 地 固有 周 期
总 第 ２ ７期 ４ ２ １ 第 ４期 ０ １年
交
通
科
技
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎＳ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
Ｓｅ ｉｌＮｏ． ７ ｒａ ２４ Ｎｏ． ４ Ａ ｕｇ ０１ ．２ １
桥 梁 抗 震 设 计 中地 震 波 的合 理选 取
值 ， 据《 震 规 范》 本 桥 实 际场 地 条 件， 根 抗 和 取 Ｃ 一 １ ７ Ｃ 一１ ０ Ｃ 一 １ １ ， ｆ ．， ． ， ． ８ Ａ一０ １ ， 人 上 ． ５ｇ 代
式 计算 得 Ｐ Ａ＝２ ９ ９ｍ／ Ｇ ．４ ｓ。 利 用 ｍｉａ 程 序 的地震 波数 据 生成 器功 能 计 ｄｓ
程抗 震设 计规 范 》６（ ［ 以下 简 称 《 震 规 范 》 的 区 ］ 抗 ）
图 ３ 实 录 地 震 波 １ ４ Ｅ１Ｃｅ ｔｏ Ｓｔ ， ９ ０， ｎ ｒ ｉ ｅ
２ ０Ｄ ｇ的 拟 速 度 反 应 谱 ７ ｅ
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。
地震作用下桥梁结构的抗震设计
地震作用下桥梁结构的抗震设计桥梁作为交通运输的重要枢纽，在地震作用下的安全性至关重要。
地震可能导致桥梁结构的损坏甚至倒塌，严重影响救援和灾后重建工作。
因此，对桥梁结构进行科学合理的抗震设计是保障桥梁安全的关键。
一、地震对桥梁结构的影响地震是一种突发的自然灾害，其释放的能量以地震波的形式传播。
当地震波到达桥梁所在地时，会对桥梁结构产生多种影响。
首先是水平地震力的作用。
水平地震力会使桥梁产生水平位移和加速度，导致桥墩、桥台等构件承受较大的弯矩和剪力。
如果这些构件的强度和刚度不足，就可能发生开裂、屈服甚至破坏。
其次是竖向地震力的影响。
虽然竖向地震力通常比水平地震力小，但在某些情况下，如近断层地震或大跨径桥梁中，竖向地震力也不可忽视。
它可能导致桥梁支座脱空、梁体与墩台的碰撞等问题。
此外，地震还可能引起地基土的液化、滑坡等现象，削弱桥梁基础的承载能力，导致桥梁整体失稳。
二、桥梁结构抗震设计的原则为了确保桥梁在地震作用下的安全性，抗震设计应遵循以下原则：1、多道防线原则在桥梁结构中设置多个抗震防线，当第一道防线失效后，后续的防线能够继续发挥作用，从而提高桥梁的抗震能力。
例如，墩柱可以作为第一道防线，当墩柱破坏后，支座、伸缩缝等构件能够起到一定的耗能作用。
2、能力设计原则通过合理的设计，使桥梁结构的各个构件在地震作用下能够按照预定的方式屈服和破坏，避免出现脆性破坏和不合理的破坏模式。
例如，应确保桥墩的塑性铰出现在预期的位置，并且具有足够的变形能力。
3、整体性原则注重桥梁结构的整体性，使各个构件之间能够协同工作，共同抵抗地震作用。
例如，通过合理设置系梁、盖梁等构件，增强桥墩之间的连接，提高桥梁的整体刚度和稳定性。
三、桥梁结构抗震设计的方法1、静力法静力法是一种简单的抗震设计方法，它将地震作用等效为一个静态的水平力，作用在桥梁结构上。
这种方法适用于规则、简单的桥梁结构，但对于复杂的桥梁结构，其计算结果可能不够准确。
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。
地震对桥梁建造的影响与抗震设计
地震动的频谱特性与桥梁结构的自振 频率相互作用，影响结构的振动幅度 和破坏程度。
桥梁结构的振动响应
地震波引起的地面运动使桥梁结构产 生振动，包括水平、垂直和扭转振动 。
地震引起的桥梁破坏形式
01
02
03
支座破坏
地震作用下，桥梁支座可 能出现位移、剪切破坏或 脱落等现象。
桥墩破坏
桥墩是桥梁的主要承重构 件，在地震中可能因弯曲 、剪切或扭转而破坏。
未来发展趋势与挑战
智能化抗震设计
利用人工智能、大数据等技术，实现桥梁抗震设 计的智能化和精细化，提高设计效率和准确性。
减震隔震技术创新
发展新型减震隔震技术，如摩擦摆隔震支座、金 属耗能装置等，降低地震对桥梁结构的破坏力。
高性能材料应用
研发和应用高性能材料，如超高性能混凝土、碳 纤维复合材料等，提高桥梁结构的抗震性能和耐 久性。
旧金山-奥克兰海湾大桥
该桥在1989年洛马普列塔地震中受损，但经过抗震加固和 改造，成功抵御了后续地震，展现了先进的抗震设计理念 和工程技术。
日本东名高速公路
在多次地震中，该高速公路的桥梁结构表现稳定，得益于 其采用的隔震支座和耗能装置等先进技术，有效降低了地 震对桥梁的破坏。
中国港珠澳大桥
作为世界最长的跨海大桥，港珠澳大桥在设计中充分考虑 了地震因素，采用了高性能混凝土、纤维增强塑料等先进 材料，提高了桥梁的抗震性能。
03
桥梁结构抗震措施
基础隔震技术
隔震沟和隔震槽
在桥梁墩台下方设置隔震沟或隔 震槽，通过阻断地震波的传播路 径来减小地震力对桥梁结构的影
响。
隔震支座
采用特殊设计的隔震支座，如橡 胶隔震支座、滑动隔震支座等， 以延长桥梁结构的自振周期，降
行波效应在桥梁抗震性能分析中的应用
行波效应在桥梁抗震性能分析中的应用李伟立;余报楚【摘要】应用有限元软件MIDAS对大跨度、大几何尺寸的结构物进行行波效应模拟.采用MIDAS自带的地震波对某一桥梁的不同支承点采用不同相位的地震波输入,查看特征点的位移随时间变化情况,结果验证了地震波在传播过程中对大跨度结构不同点的影响具有差异性.对于跨越距离大的梁桥,由于波列传播波速的有限性、相干性的损失,在实际工程中对各个支承点的影响有很大的差异性.【期刊名称】《淮海工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(024)003【总页数】4页(P68-71)【关键词】行波效应;抗震性分析;地震波【作者】李伟立;余报楚【作者单位】大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁大连 116023;大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁大连 116023【正文语种】中文【中图分类】U442.5;P315.90 引言现阶段考虑行波效应一般是采用非一致地震动分析方法.非一致地震动输入的确定性方法主要是通过在结构物的不同支承点输入不同的地震波［1］，或者以某条波为基准在不同点进行相位调整来模拟地震动的空间变化［2］.本文采用 MIDAS自带的1940，El Centro Site，270Deg地震波来进行模拟.行波法假定地震波沿着地面按一定的速度传播，波形保持不变，只出现时间的滞后和振幅的衰减，并且将地震波的传播速度视为常数［3］.本次模拟采用行波法，考虑对不同的支承点采用同一条地震波但是不同相位的输入，利用MIDAS自带的“多支座激励”方法，这也是当下大跨度桥梁结构地震反应分析中最流行的方法之一［4］.1 桥梁分析模型概况本文模型使用的是简化了的钢箱型桥梁模型，由主梁、横向联系梁和桥墩构成.桥台部分由于刚度很大，不另外建立模型，只输入边界条件；基础部分假设完全固定，也只按边界条件来定义.桥梁的三维模型如图1所示.其基本数据如下：跨径45m＋50m＋45m＝140m；桥宽11.4m；主梁形式为钢箱梁；钢材为GB（S）Grade3（主梁）；混凝土为GB＿Civil（RC）30（桥墩）.桥梁各截面尺寸如图2所示.图1 桥梁三维模型Fig.1 Three－dimensional model of bridge图2 桥梁截面图（单位：m）Fig.2 Sections of bridge（unit：m）2 输入时程分析数据地震波选取 MIDAS自带的1940，El Centro Site，270Deg地震波.荷载时间设定为50s，为了方便计算，设波速为50m／s，这样地震波通过桥梁跨中的时间为.利用 MIDAS自带的“多支座激励”功能进行时程分析［5］，对两支座设定地震波到达时间分别为0s和1s.运行分析后，查看最终的桥梁位移，如图3所示.图3 桥梁时程分析后的变形图Fig.3 Deformation chart after bridge time history analysis对于位移较大的第一边跨的跨中两节点1和2以及整个桥梁的跨中两节点3和4进行分析（如图4所示）.取时间为横坐标，纵坐标为选取的桥梁节点相对于地面的位移，其位移和时间的关系可以利用MIDAS进行调用.对于节点1，由图5可见，在10s左右达到最大位移，随后位移慢慢减小，甚至发生了向下的位移.节点1发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间如表1所示.由于地震波是由桥梁左侧开始输入的，节点1和2明显会先于节点3和4达到最大振幅.图4 桥梁特征点Fig.4 Feature points of bridge图5 桥梁受时程荷载后节点1的位移Fig.5 Displacement of the 1st node after load of bridge表1 节点1发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间Table 1 Maximum and minimum displacement of the 1st node and the time of the displacement形变量位移最大值／m最大值发生时间／s位移最小值／m最小值发生时间／s DX 1.45e－09 12.44 －1.85e－10 49.91 DY 3.94e－05 12.98 －1.00e－05 49.58 DZ 5.92e－03 11.30 －7.00e－04 49.72 RX 2.64e－05 49.82 －2.34e－04 11.40 RY 1.88e－05 50.00 －1.61e－04 11.33 RZ 8.61e－0712.51 －1.09e－07 49.58而对于与节点1处于同一水平坐标的节点2，其相对位移随时间变化的走向与节点1大致相同（如图6所示），但在振幅上有一些细微变化，这是由于在地震波输入时采取了x和y两个方向［6］.节点2发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间如表2所示.而对于跨中节点的位移随时间变化的关系如图7和图8所示，发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间如表3和表4所示.从图中明显可以看出，节点3和4的位移随时间变化关系和节点1和2在10s左右达到最大正位移有明显的不同，跨中节点在10s后才达到最大负位移.因此对于桥梁这种大跨度的结构，必须考虑行波效应的影响［7］.图6 桥梁受时程荷载后节点2的位移Fig.6 Displacement of the 2nd node after load of bridge表2 节点2发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间Table 2 Maximum and minimum displacement of the 2nd node and the time of the displacement形变量位移最大值／m最大值发生时间／s位移最小值／m最小值发生时间／s DX 1.85e－10 49.91 －1.45e－09 12.44 DY 3.94e－05 12.98 －1.00e－05 49.58 DZ 3.96e－03 11.07 －5.17e－04 47.00 RX 2.63e－05 49.82 －2.33e－04 11.40 RY 8.96e－06 49.73 －6.93e－05 10.84 RZ 8.66e－07 12.51 －1.08e－07 49.58图7 桥梁受时程荷载后节点3的位移Fig.7 Displacement of the 3rd node after load of bridge图8 桥梁受时程荷载后节点4的位移Fig.8 Displacement of the 4th node after load of bridge表3 节点3发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间Table 3 Maximum and minimum displacement of the 3rd node and the time of the displacement形变量位移最大值／m最大值发生时间／s位移最小值／m最小值发生时间／s DX 1.17e－06 49.94 1.20e－05 12.40 DY 9.34e－06 49.84 －9.29e－05 12.48 DZ 5.18e－04 49.72 －3.28e－03 10.79 RX 6.77e－04 12.13 －6.85e－05 49.99 RY 2.90e－05 49.83 －2.69e－04 12.23 RZ 1.22e－07 46.98 －2.77e－07 14.46形变量位移最大值／m最大值发生时间／s位移最小值／m最小值发生时间／s表4 节点4发生的位移最大值、最小值以及发生位移的时间Table 4 Maximum and minimum displacement of the 4th node and the time of the displacementDX 2.15e－04 49.95 －2.24e－03 12.41 DY 9.34e－06 49.84 －9.29e－05 12.48 DZ 2.80e－03 13.02 －6.09e－04 2.56 RX 6.78e－04 12.13 －6.87e－05 49.99 RY 2.59e－05 49.87 －2.67e－04 12.24 RZ 1.23e－07 46.98 －2.89e－07 14.463 结论分析由以上分析可知，由于行波效应，同一个地震波对于桥梁不同部分的影响是完全不同的.传统的分析方法采用一致激励法［8］，对于跨度比较小的桥梁结构，忽略空间变化特性是能够满足其抗震设计要求的［9］.本文的创新处在于采用了多点激励法，考虑了大跨度桥梁结构空间变化特征的影响，不同支承处地震波的振幅和频率是不同的，同时考虑由于地震波传播特性有一定时间差（行波效应）的方式进行分析［10］.运用此方法对大结构物进行抗震性能分析十分简便有效，这对于中国地震频发的近况有深远的意义［11］.【相关文献】［1］牛滨华，孙春岩.地震波理论研究进展——介质模型与地震波传播［J］.地球物理学进展，2004，19（2）：255－263.［2］何庆祥，沈祖炎.结构地震行波效应分析综述［J］.地震工程与工程振动，2009，29（1）：50－57.［3］方圆，李建中，彭天波，等.行波效应对大跨度多塔斜拉桥地震反应影响［J］.振动与冲击，2010，29（10）：148－152.［4］陈星烨，余钱华.大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入［J］.中外公路，2001，21（4）：32－34.［5］王克海，李茜.桥梁抗震的研究进展［J］.工程力学，2007，24（S2）：75－86.［6］王军文，张运波，李建中，等.地震动行波效应对连续梁桥纵向地震碰撞反应的影响［J］.工程力学，2007，24（11）：100－105.［7］武芳文，薛成凤，赵雷.超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究［J］.地震学报，2010，32（2）：193－202.［8］张冰.近场地震作用下框架与桥梁结构抗震分析［D］.长沙：湖南大学，2007.［9］丁阳，张笈玮，李忠献.行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响［J］.地震工程与工程振动，2008，28（1）：24－31.［10］黄小国，胡大琳，张后举.行波效应对大跨度连续刚构桥地震反应的影响［J］.长安大学学报：自然科学版，2008，28（1）：72－76.［11］黄福伟，许晓锋，郑万山.桥梁抗震加固技术现状及发展趋势［J］.公路交通技术，2003（5）：57－59.。
谈时程分析中地震波的选取
谈时程分析中地震波的选取赵婷婷;谭军;金春峰【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.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2017(043)014【总页数】3页(P41-43)【关键词】时程分析;地震波;地震动;反应谱【作者】赵婷婷;谭军;金春峰【作者单位】中电投工程研究检测评定中心,北京100142;中电投工程研究检测评定中心,北京100142;中电投工程研究检测评定中心,北京100142【正文语种】中文【中图分类】TU311.3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入。
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，对同一结构输入不同的地震波，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。
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(PGA)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。
一维场地地震反应分析
一维场地地震反应分析
在进行一维场地地震反应分析时，主要包含以下几个步骤：
1.场地特性分析：首先需要对场地的地质特征进行研究和分析，如场
地的地层分布、层厚、波速等。
这些特性对地震波的传播速度和频谱进行
影响。
2.地震波输入：在进行场地反应分析时，需要选择适当的地震波输入
作为地震动的输入条件。
地震波输入可以选择单个地震波，也可以选择地
震波记录的统计目标谱。
3.场地参数求解：通过对场地的地层特性进行反演和计算，可以得到
场地的动力参数，如场地的传播速度和阻尼比等。
4.地震波传播：根据场地的地质特征、场地参数和地震波输入条件，
可以通过合适的数值模拟方法，如传统边界元法、频域法等，进行地震波
的传播计算。
5.地震反应计算：通过求解一维波动方程，可以计算得到场地上的地
震反应，如速度、位移和应力等。
根据地震反应的结果，可以评估场地的
地震响应特性，如峰值加速度、响应谱等。
一维场地地震反应分析的结果对于地震工程设计和地震风险评估具有
重要意义。
它可以帮助工程师和研究人员了解地震波的传播特性和场地的
地震反应性能，从而指导地震工程设计的安全性和经济性。
在实际应用中，一维场地地震反应分析通常与工程结构的动力响应分析和地震动输入响应
谱法相结合，形成一个完整的地震风险评估体系。
需要注意的是，一维场地地震反应分析中的模型假设和参数选择对于结果的准确性和可靠性起着重要的作用。
因此，在进行一维场地地震反应分析时，需要充分考虑场地的实际特征，严格遵守建模原则和模型参数的合理性原则，从而得到较为准确和可靠的分析结果。
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。
现行桥梁抗震设计的反应谱分析方法概要
我国是世界上多地震的国家之一,地震常常给社会造成巨大损失。
近年来随着我国经济建设的快速发展,出现了各种形式的桥梁(如大跨度、超大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥及各种复杂的城市立交工程。
桥梁抗震设计中也涌现了众多问题。
桥梁结构地震反应分析的发展过程可以大致分为:静力法、反应谱法、动力时程分析法。
目前桥梁设计工作者的一个重要工作内容就是采取正确的抗震计算方法以及有效的构造措施。
反应谱法在桥梁抗震设计中是有一定应用价值的,虽然目前大多数抗震设计规程都指出对大跨度桥梁进行抗震设计应采用动态时程分析法,但是有必要研究反应谱法的优点及不足,以确保桥梁工程在地震过程中有足够的抗震能力和合理的结构安全度。
1桥梁抗震设计的基本思路当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思路和设计准则是:设计地震作用基本上分为功能和安全设计两个等级。
虽然各规范使用的名词不同,但其思路是基本一致的。
比较起来我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念,关于抗震设计的指导思想方面比较笼统。
主要地震国家抗震设计基本思路见表1。
2反应谱法基本概念人类在与地震的斗争中发展了各种抗震分析方法,分为确定性方法和概率性方法两大类。
静力法、反应谱法和时程分析法均属于确定性方法,随机振动、虚拟激励法属于概率性方法。
通常所说的结构地震反应分析,就是建立结构地震振动方程,然后通过求解振动方程得到结构地震反应(位移、内力等的过程。
2.1反应谱的定义在结构抗震理论发展中,静力法、反应谱法和动力时程分析法三个阶段的形成和发展是人类对自然规律认识的不断深入与完善的过程。
反应谱理论考虑了结构物的动力特性,而且简单正确地反映了地震动的特性,因此得到了广泛认可和应用。
广义线性单自由度体系现行桥梁抗震设计的反应谱分析方法张春霞,李昌铸,卢铁瑞,白红英(交通部公路科学研究院北京新桥技术发展有限公司,北京100101摘要:文章重点论述了桥梁抗震设计反应谱法的基本概念以及在大跨度桥梁设计应用中存在的一些问题,为进行桥梁抗震分析提供参考,以确保桥梁工程在地震过程中有足够的抗震能力和合理的安全度。
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图 1 El Centro地震波
( 2) 从合成地震波的反应谱与目标谱的比较看 ,通 过数次循环后 ,在大多数控制点上 ,合成地震波的反应 谱与目标谱的误差较小 ,但在个别控制点上误差很大。 增加循环次数对减小这些点的误差几乎没有作用。
图 3 合成的Ⅲ 类场地地震动加速度时 程
2. 4 按三角级数法合成人工地震波 (考虑相位角分布 特征 )
对实际地震波的这种调整存在以下问题: ( 1) 得到的几条实际地震波之间虽然加速度峰值 相同 ,但其反应谱可能差别很大。 因为对于同一条地震 波来说 ,加速度峰值可反映其强弱比例 ,但对于不同的 地震波来说 ,加速度峰值并不能准确反映地震波强弱的 差别。 ( 2) 类似场地上的地震记录很难得到 ,而且类似场 地本身也是一个模糊的概念。 ( 3) 这种选择地震波的方法只考虑了局部场地条 件对地震动的影响 ,忽视了震源机制、震中距、震级等因 素对地震动的影响。 2. 2 对实际地震波的综合调整 (综合调整法 ) 选择实际地震记录 ,取其相位角作为初始相位角 , 用三角级数法合成与给定目标谱一致的地震波。 实质 上 ,这是对实际地震波的一种综合调整。 这种方法既可 保留实际地震波的某些未知信息 ,也可得到具有相同反 应谱的地震记录。它是对实际地震波一种较理想的调整 方式。 其简化的合成过程是 [2 ]: ( 1) 对实际的地震记录 T( t )进行傅氏变换 ,得到其 离散点的傅氏谱 C (kk ) ,应该注意的是 ,这里的 C (kk )是
地震波。表 2是输入不同地震波时桥面板位移反应的最 大值 ,表 3是支座剪力之和的最大值。
表 2 输入不同地震波时桥面板位移的最 大值
项 目
桥面板位移的最大值 / cm
综合调整法
比例调整法
El Cent ro 波东西分量
9. 71
12. 38
El Cent ro 波南北分量
9. 83
13. 51
天津医院波 东西分量
波 的东 西分量 及南 北分 量、 唐山 余震 时天津 医院 地震 波 的东西分量及南北分量、唐山余震时天津宁河地震波。
对这几个地震波 ,根据其期望峰值与实际峰值的比例 ,
对幅值进行了简单调整 ,峰值均调整为 0. 4 g。后 5条地
震波是以Ⅲ 类场地 9度地震区的设计谱为目 标谱 ,按
2. 2方法对这 5条实际地震波进行综合调整所得到的
图 4 合成的地震动加速度记录 (震级 = 6. 3～ 7. 0,震中距 < 50 km)
2. 5 根据基岩反应谱合成人工地震波 一般工程的抗震设计强调简单 ,因而牺牲了精度 ,
将复杂的场地与地震条件加以简化 ,将千变万化的场地 简单地分为 3类或 4类 ,将地震的大小和远近分为远近 两类 ,从而用少数几条反应谱曲线来代替连续多变的反 应谱。 但对于特殊重要工程及重大城市的抗震设计 ,这 种做法则不恰当。 目前国际及国内的发展趋势是: 对重 要工程及重大城市进行地震小区划 ,预测合理的输入地 震动。这种预测目前一般分两步: 首先在详细的、局部地 区的地震危险性分析中 ,求得基岩地震动规一化的加速 度反应谱、峰值加速度及持时 ,合成出基岩地震动时 程 [6 ] ;然后以此作为输入 ,根据工程场地的地质条件 ,进 一步研究工程场地的地震反应。采用这种方法既可反映 地震条件及大范围场地条件的影响 ,又可反映复杂的局 部场地条件影响。
下面介绍一个实例 ,选择图 1所示的 El Cent ro 地
震加速度记录的南北分量 ,以我国公路工程抗震设计规
范 [3 ]Ⅲ 类场地上的反应谱为目标谱 ,按照上述步骤 ,可
得到图 2所示的地震波 ,比较图 1和图 2可以看出 , 2 个加速度时程的形状比较相似。图 2中地震波的反应谱
与选定的目标谱很接近。
9. 76
21. 15
天津医院波 南北分量
宁河地震波
9. 69 10. 19
23. 83 25. 38
表 3 输入不同地震波时支座剪力之和的最大值
项 目
El Cent ro波 东西分量
支座剪力之和的最大值 /k N
综合调整法
比例调整法
9 900
12 700
El Cent ro波 南北分量
10 040
13 840
天津医院波 东西分量
9 960
21 600
天津医院波 南北分量
9 900
24 340
宁河地震波
10 400
25 920
从表 2和表 3的结果可以看出 ,输入综合调整了的 地震波时 ,计算结果很接近。 对地震波简单地按比例调 整峰值后输入 ,得到的结果差别较大 ; 特别是天津余震 时的 3条地震波。计算分析这 5条简单调整了的实际地 震波反应谱 ,可以发现其反应谱值在周期 0. 6 s 到 2 s 范围内 ,远大于规范中的设计反应谱值 ,而上述计算模 型的周期为 0. 94 s。 以上结果表明 ,在用实际地震波计 算结构地震反应时 ,只对地震波峰值简单调整 ,得到的 结果之间可比性不大。
关键词: 桥梁 ;时程分析 ;地震波 ;结构分析 中图分类号: U 442. 55 文献标识码: A 文章编号: 1003- 4722( 2000) 03- 0001- 04
1 引 言 由于地震动的复杂性 ,在分析桥 梁地震反应问题
时 ,多采用确定性的分析方法 ,时程分析法就是经常使 用的方法之一。 时程分析法本身是一种有效的、比较准 确的动力分析方法。 对于一个实际结构 ,只要建立了其 合理的力学模型、准确描述了材料的力学特性 ,则该结 构在一个确定地震波作用下的地震反应过程可以用时 程分析法准确求出。 但必须注意到 ,时程法的准确性是 对某一条确定的地震波而言的 ,对于不同地震波 ,结构 地震反应的结果差别很大。 所以 ,用时程法进行研究工 作或实际结构抗震设计时 ,如果地震波输入不合理 ,其 结论或结果就失去了意义。 大量的地震记录表明 ,不同 的地震波差别很大。 不仅不同场地上的地震波不同 ,就 是在同一场地上 ,震级、震中距相近、但非同一次地震的 地震波也不相同。准确预测某个工程场地未来的地震过 程 ,目前还无法实现。
3 算 例 选择图 7所示的连续梁桥 ,重点研究其顺桥向地震
反应问题。设桥面板是刚性的 ,桥墩及桥台是弹性的 ,各 墩台上均布置了橡胶支座。墩台刚度及橡胶支座的有关 参数见表 1,上部结构的总重量为 2 201. 87 t ,墩台重量 不计。
图 7 5跨连续梁隔震桥示意
表 1 计 算模型参数
桥墩 (台 ) 号
4 结 语 根据各种地震动合成方法的优缺点 ,建议在对一般
工程进行抗震时程分析时 ,可选择实际地震波进行综合 调整 ; 或者根据相位差谱的分布特征 , 用三角级数法合 成地震波。 由于局部场地土对地震动的影响较大 ,在对 重大工程和重要城市的结构作抗震分析时 ,应考虑局部
桥梁地震反应分析中输入地震波的确定 朱东生 ,劳远昌 ,沈大元 ,李 乔
3
图 5是一条合成的基岩地震波 ,图 6是根据自由场 地地震反应分析方法得到的地面地震波。其中基岩目标 谱是我国华北地区的基岩反应谱 [7 ] ,自由场地地震反应 分析采用一维波动法 [8 ]。
图 5 合成 的基岩地震波
Байду номын сангаас
图 6 计算得 到的地面地震波
桥梁地震反应分析中输入地震波的确定 朱东生 ,劳远昌 ,沈大元 ,李 乔
1
桥梁地震反应分析中输入地震波的确定
朱东生 1 ,劳远昌 2 ,沈大元 2 ,李 乔2 ( 1. 兰州铁道学院工程结构研究所 ,甘肃 兰州 730070; 2. 西南交通大学桥梁及结构工程系 ,四川 成都 610031)
摘 要: 针对当前桥梁地震 时程反应分析中 ,只重视计算方 法、计算模 型的研究 ,忽 视输入地震波的情 况 ,研究了 进行 时程分析时 ,确定输入地震波的原则和方法 ,推荐了 3种比较合 理的方法来确定时程分析中所需的地震波。
对于合成地震动时程与真实地震记录在时域内形 状不相似的问题 ,人们已认识到上述常规方法中采用均 匀分布的初始随机相位角是问题产生的根本原因。研究 表明 ,相位角的分布规律很难确定 ,但相位差的分布有 明显的规律。 根据相位差谱合理确定初始相位角 ,可以 合成出与实际地震记录形状非常相似的地震动 ,而且合 成时不需乘强度包线函数 [5 ]。这种合成方法的谱拟合精 度较好 ,在时域内合成地震波的形状与真实地震波比较 相似。 图 4是按这种方法合成的一条地震波。
图 2 综合调整后的地震波
2. 3 按三角级数法合成人工地震波 (不考虑相位角分 布特征 )
以地面设计反应谱作为目标谱 ,以 0～ 2π均匀分布 的随机数作为初始相位角 ,用三角级数法合成地震动 , 对合成的地震动乘以规定的包线函数。这是常规的地震 动合成方法 ,其合成步骤可参考文献 [ 4 ]。图 3是一条合 成的地震波。
地震波反应谱是地震波强弱及其频谱成分的综合
反映 ,而设计反应谱是进行结构抗震设计的依据 ,是地 震作用大小的科学规定 ,反映了某个地区某类场地上、 在一定概率水平下、在未来若干年内可能的最大地震动 的反应谱。因此 ,用时程法进行抗震检算时 ,输入地震波 的反应谱也应与规范中的设计反应谱一致。而对实际地 震波的加速度峰值简单调整并不能保证其反应谱与设 计反应谱比较接近。
1、 6号桥台 2、 5号桥墩 3、 4号桥墩
墩台刚度 kp /( kN· m )
402 791. 8 52 538. 1 43 781. 7
橡胶支座刚度 ku / ( kN· m)
12 686. 2 32 510. 5 32 510. 5
对上述模型 ,分别输入 10条地震波 ,用时程法计算
其地震反应。其中前 5条地震波分别是: El Cent ro地震
收稿日期: 1999- 09- 21 作者简介: 朱东生 ( 1964- ) , 男 , 副教授 , 1986年毕业于西安交通大学工程力学系 , 获学士学位 , 1992年毕业于兰州铁道学院 ,获硕士学位 , 1999年毕业 于西南交通大学桥梁工程系 ,获博士学位。