[发明专利]基于物理机制的三层次工程抗震地面运动选择方法

说明书

本发明属于工程抗震技术领域，本发明的基于物理机制的三层次工程抗震地面运动选择方法包括如下步骤：综合考虑场地效应、震中距、震级大小的地震环境因素，第一层次地面运动的选择完成；计算工程结构各阶周期和振型，计算各振型参与质量系数；确定有效振型数及有效周期为；计算区段周期点上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差，进行局部谱匹配，第二层次初步地面运动选择完成；计算有效周期上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差；计算区段周期点上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差平均值。本申请解决了长周期工程结构的高振振型地面运动选择问题，提升了不同工程结构地面运动选择技术在大震、特大震条件下的适用问题。

技术领域

本发明属于工程抗震技术领域，具体涉及一种工程抗震领域的地面运动选择方法。

背景技术

与目标谱匹配一致选择地面运动是世界工程抗震中地面运动选择的主要方法。目标谱包括规范谱、一致概率谱、条件均值谱等。美国ASCE/SEI7-10规范要求在[0.2T₁，1.5T₁]周期段上与规范设计谱匹配；欧洲抗规EC-8取[0.2T₁，2.0T₁]，要求所选地震动记录反应谱在该范围内的均值不小于90％的规范谱；我国《抗规》和《高规》并没有具体提及地面运动的选择方法，但提出了地面运动选择后的要求，按照建筑场地类别和设计地震分组选择地震动，把与设计反应谱统计意义相一致作为评价标准，并控制时程分析的底部剪力，工程实践中多采用了杨溥提出的方法，该方法将反应谱平台段[0.1,T_g]和结构基本周期段[T₁-ΔT₁,T₁+ΔT₂](ΔT₁取0.2s,ΔT₂取0.5s)作为匹配范围，选择地面运动。此外，Naeim等利用遗传算法；周颖、张锐等考虑了多振型影响；冀昆等考虑权重优化；韩小雷等考虑长周期选波。这些方法主要考虑的与规范谱的一致的原则，但皆尚未统一考虑地震场地环境、谱形匹配、多振型三个因素的影响。

长周期工程结构，高振振型的地面运动选择是个难题，虽有研究但未能很好地解决。强震时，工程结构进入塑性状态，结构构件损伤严重，强度明显退化，与弹性阶段相比，各阶振型周期发生变化，但是，已有地面运动选择方法未考虑此问题。

发明内容

针对现有技术中，本申请提出了基于物理机制的三层次工程抗震地面运动选择方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括如下步骤：

步骤1，综合考虑场地效应、震中距、震级大小的地震环境因素，按照与建筑物场地相一致的原则，第一层次完成地面运动的选择；

步骤2，计算工程结构各阶周期和振型，计算各振型参与质量系数；

步骤3，累积振型参与质量系数达到90％时，确定多个有效振型数n，其每个有效振型对应的有效周期为T₁，T₂，……，T_n；

步骤4，在T_g至T₁+T_Δ周期段上，计算区段周期点上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差ε_i1，按照ε_i1≤δ₁进行局部谱匹配，第二层次初步地面运动选择完成，其中，T_g为抗震规范特征周期，T₁为结构第一周期，T_Δ取[0，0.5T₁]，δ₁∈[0，50％]；