[发明专利]基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法

说明书

基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法，包括：首先，将一列地震波输入到结构中，由振型分解反应谱法计算三维有限元模型的顶点位移d₁、基底剪力Q_d1和第一自振周期T；将Q_d1、d₁代入公式可反推得到输入三维有限元模型的统计意义上的最大瞬时输入能ΔE_max1；输入的地震波按《建筑抗震设计规范》(GB50011‑2010)的最大加速度值A_max进行调幅，输入到结构自振周期为T的单自由度体系中，计算得到最大瞬时输入能ΔE_max；代入公式可得到该条地震波基于统计意义上的最大瞬时输入能的最大加速度值A_max1；地震波按最大加速度值A_max1进行调幅，输入三维有限元结构中，进行弹性时程分析，地震波按得到的基底剪力不小于反应谱基底剪力的65％，不大于135％的原则进行选取。本发明针对地震波的选择与调幅，能较精确、高效地从地震波数据库选择与建筑场地条件相符合的地震波。

【技术领域】

本发明属于地震工程、结构抗震、结构健康监测等领域地震波信号的处理与分析，具体涉及一种基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法。

【背景技术】

我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(以下简称《抗规》)地震波幅值调整是将地震波记录的峰值加速度调整成指定数值。地震波选择的基本要求是尽可能使选择的地震波反应谱与场地标准设计反应谱一致。选择地震波时应选其主要周期与建筑场地卓越周期接近的地震波；还要满足地震波三要素的要求：即频谱特性(可用地震影响系数曲线表征，依据所处的建筑场地类别和设计地震分组确定)、有效峰值(一般按规范所列地震加速度最大值采用)和持续时间(一般为结构基本周期的5-10倍)。

最理想的地震波记录就是选择与场地条件和地震环境完全一致的真实地震波记录，但是这种地震波记录几乎很难找到。所以一般通过地震波记录幅值调整的方式来满足输入的要求。幅值调整方式通常根据定义的地震波强度指标进行调整，使调整后的地震波强度指标与要求的相同。目前，我国采用时程分析方法作为反应谱法的补充，结构时程分析方法得到了越来越广泛的应用。但是时程分析的结果可靠性很大程度上取决于地震波输入，输入不同的地震波，所得的地震反应结果相差几倍甚至几十倍之多。因此，如何选择合适的地震波记录就显得尤为重要。

当前主要有两种幅值调整方式：第一种是将所有的地震波记录的强度指标值调整成相同的强度指标值，如我国《抗规》将地震波记录的峰值加速度(PGA)调整成指定数值；日本建筑中心将地震波记录的峰值速度(PGV)调整成指定数值。第二种是将结构自振周期(或指定周期范围内)对应的谱值(如加速度谱值、位移谱值)作为调整目标，如美国ATC-63选用结构基本周期对应的加速度谱值Sa(T₁)作为调整目标。

这两种幅值调整方式没有考虑持时的影响，仅仅考虑了地震波的频谱特性和幅值特性。使得分析结果的离散性较大，不能够精确地选择合适的地震波记录。为了解决这个问题，肖明葵等提出将持时以输入能的形式作为一种补充指标的选波方法。即，先按T_g和T₁指标从地震波记录库中选取地震波；再以所选地震波作为输入，计算单自由度体系单位质量弹性总输入能量，根据各条波总输入能量的大小，选择总输入能量反应相差10倍左右的两条波。刘良林等也提出应考虑地震波持时的影响，采用以地震波输入到线性单自由度体系的弹性总输入能对选波方案进行补充。叶献国、王德才等认为在目前没有合理的强震持时指标情况下，考虑地震波输入能量需求是较为合理的方式。提出在不同场地条件和设计地震分组建立设计输入能量谱，以建立的设计能量谱为目标能量谱，评价选择的记录的输入能量特征。

现有技术缺点：

①我国现行《抗规》采用时程分析法选择地震波记录。但是时程分析的结果可靠性很大程度上取决于地震波输入，输入不同的地震波，所得的地震反应结果相差几倍甚至几十倍之多。因此，采用时程分析法选波，其分析结果的离散性比较大，可靠性比较低。