[发明专利]用于结构抗震时程分析的输入地震波的确定方法及系统

说明书

本发明公开一种用于结构抗震时程分析的输入地震波的确定方法及系统。包括：获取多条备选地震波数据；获取待分析场地的Newmark三联谱；将每条备选地震波的拟速度反应谱平滑化成Newmark三联谱形式；将所述待分析场地的Newmark三联谱作为目标谱，获取每条拟速度反应谱与所述目标谱的匹配误差和缩放系数；筛选设定缩放系数范围内的拟速度反应谱，按照匹配误差的大小进行排序，将匹配误差最小的N条拟速度反应谱对应的备选地震波，确定为结构抗震时程分析的输入地震波。本发明可以提高结构抗震时程分析的准确性，并可有效降低结构时程分析反应结果的离散性。

技术领域

本发明涉及结构抗震分析领域，特别是涉及一种用于结构抗震时程分析的输入地震波的确定方法及系统。

背景技术

时程分析法在抗震设计中称为“动态设计”，是指由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解，以求得整个时间历程的地震反应的方法。此法输入对应于工程场地的若干条地震加速度记录或人工加速度时程曲线，通过积分运算求得在地面加速度随时间变化期间结构的内力和变形状态随时间变化的全过程，并以此进行结构构件的截面抗震承载力验算和变形验算。在确定输入地震波的过程中，需要采用目标谱进行选择。

目前国内外选波研究采用的目标谱有规范设计谱、一致概率谱(UHS)、条件均值谱(CMS或CS)以及其它一些类型的目标谱等。采用目标谱不同，选波过程及结果也有所差异。规范设计谱(加速度谱或影响系数谱或放大系数谱)是目前各国学者和工程师最常选用的目标谱，但统计依据简单且地震地质背景信息不清晰，使其很难保证结构反应预估的准确性。一致概率反应谱(UHS)是基于概率地震危险性分析(PSHA)建立的设计谱，能够考虑地震地质背景，广泛应用于美国核工业工程的设计规范。UHS本质的局限在于认为各个周期点具有相同的超越概率，而这并不符合一次地震事件的概率分布特征，由于其过于保守，很多国家规范并不采用。条件均值谱(CMS)由Baker(2011)采用Sa(T1)与谱形系数Epsilon两个向量地震动强度指标，考虑了不同周期点地震反应的相关性并引入条件分布，构建了CMS不仅避免了UHS的局限性，谱形系数Epsilon的采用也使以CMS为目标谱的选波方法在多自由度体系非线性反应分析中显现出明显的优势。此外，Baker基于CMS还提出了能够考虑反应谱分布的条件分布谱(CS)。条件均值谱的建立受衰减关系、震级M、距离R及各周期谱值间相关性(即相关系数ρ)等因素的影响。我国规范在地震动参数区划图制定中已建立了衰减关系，但与PSHA相关的地震危险性分析信息尚未很好地提供(无法获得不同震源地震风险贡献率)，将CMS与我国规范相结合用于选波工作，仍有多处细节需考虑。

上述目标谱多为加速度反应谱，主要是反映地震峰值加速度PGA或加速度反应谱Sa的地震衰减或统计特征，与中长周期结构反应的相关性不够密切，仍具有一定的局限性。虽然也有学者采用非线性位移目标谱分析长周期结构，但由于未与PSHA相关联，且参考依据不统一，应用及发展均受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于结构抗震时程分析的输入地震波的确定方法及系统，可应用于高层、大跨桥梁等重要及复杂工程结构在进行弹性或弹塑性时程分析时进行输入地震波的确定，以提高结构抗震时程分析的准确性，并可有效降低结构时程分析反应结果的离散性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于结构抗震时程分析的输入地震波的确定方法，包括：

获取多条备选地震波数据；

获取待分析场地的Newmark三联谱；

将每条备选地震波的拟速度反应谱平滑化成Newmark三联谱形式；

将所述待分析场地的Newmark三联谱作为目标谱，获取每条拟速度反应谱与所述目标谱的匹配误差和缩放系数；