基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法技术

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：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Qd1和第一自振周期T；将Qd1、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ΔEmax1；输入的地震动按《抗规》的最大加速度值Amax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ΔEmax；代入公式可得到该条地震动基于统计意义上的最大瞬时输入能的最大加速度值Amax1；地震动按最大加速度值Amax1进行调幅，输入三维有限元结构中，进行弹性时程分析。本发明专利技术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。

Seismic wave selection and amplitude modulation method based on maximum instantaneous input energy time history analysis

The method of seismic wave selection and amplitude modulation based on the maximum instantaneous input energy includes: input a series of seismic waves into the structure, calculate the vertex displacement d1, the base shear Qd1 and the first natural vibration period T of the three-dimensional finite element model by the mode decomposition response spectrum method; and get the input three-dimensional finite element model by replacing Qd1 and D1 with the formula. The maximum instantaneous input energy_Emax 1 in the statistical sense of the model Emax 1; the input ground motion is modulated according to the maximum acceleration value Amax of the Code of Resistance, and is input into the single-degree-of-freedom system with the natural vibration period T, and the maximum instantaneous input energy Emax is calculated; the maximum instantaneous input energy Emax in the statistical sense can be obtained by substituting the formula. The maximum acceleration of the input energy is Amax 1, and the amplitude of the ground motion is adjusted according to the maximum acceleration Amax 1. According to the selection and amplitude modulation of the seismic wave, the invention can select the seismic wave accurately and efficiently from the seismic wave database which conforms to the conditions of the building site.

【技术实现步骤摘要】
基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法
本专利技术属于地震工程、结构抗震、结构健康监测等领域地震动信号的处理与分析，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。
技术介绍
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动记录的峰值加速度调整成指定数值。地震动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；还要满足地震动三要素的要求：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)。最理想的地震动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动记录，但是这种地震动记录几乎很难找到。所以一般通过地震动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动强度指标进行调整，使调整后的地震动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动输入，输入不同的地震动，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动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动记录的强度指标值调整成相同的强度指标值，如我国《抗规》将地震动记录的峰值加速度(PGA)调整成指定数值；日本建筑中心将地震动记录的峰值速度(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，仅仅考虑了地震动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动记录。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Tg和T1指标从地震动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动持时的影响，采用以地震动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，考虑地震动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动记录。但是时程分析的结果可靠性很大程度上取决于地震动输入，输入不同的地震动，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。②仅采用简单的单一参数描述地震动指标，导致丢失了大量的地震动信息，无法全面描述各种地震动特性对结构损伤的影响。③当前抗震规范在选择地震波原则上没有考虑地震持时的影响，更多考虑的是PGA和谱形的拟合，尤其是对于拟合重点在短周期的情况，这种结构的非弹性分析结果会有较大偏差。④现行抗震设计规范中，对于时程分析法中选取地震动的原则是输入地震动的反应谱须拟合设计反应谱，但对于反应谱拟合程度的控制尚有争议。
技术实现思路
本专利技术所述解决的技术问题在于提供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，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。本专利技术是这样实现的：基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：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Qd1和第一自振周期T；步骤2：将Qd1、d1代入公式(1)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ΔEmax1；上述公式(1)中ΔEmax1为统计意义上的最大瞬时输入能，d1为顶点位移，Qd1为基底剪力，Amax为《抗规》要求的时程分析所用的地震动加速度最大值；步骤3：输入的地震动按《抗规》的最大加速度值Amax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ΔEmax；根据公式(2)可得到该条地震动基于统计意义上的最大瞬时输入能的最大加速度值Amax1；上这公式(2)中Amax、Amax1分别为同一条地震动调整前后的加速度最大值；ΔEmax、ΔEmax1分别为同一条地震动幅值调整前后的最大瞬时输入能；步骤4：地震动按最大加速度值Amax1进行调幅，输入三维有限元结构中，进行弹性时程分析，地震动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。本专利技术的优点在于：1、分析结果可靠，能选择与建筑场地的条件较为符合的地震波；2、分析结果的离散性较小；3、工作量较小，能较少的重复筛选地震波。【附图说明】下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的描述。图1是本专利技术中的最大瞬时输入能示意图。图2是本专利技术的方法流程示意图。图3是两种方法基底剪力的结果对比示意图。图4是两种方法最大层间位移角的结果对比示意图。【具体实施方式】在描述本专利技术的具体实施例前，先作以下术语解释：1、最大瞬时输入能：单自由度结构体系的瞬时输入能量ΔE定义为连续两速度零点之间的能量输入，即式中，m为体系质量；是地面加速度；为结构的相对速度反应；t为地面加速度的某一时刻；Δt是指结构经历半次振动循环所需的时间。最大瞬时输入能ΔEmax为瞬时输入能的绝对值的最大值，如图1所示。2、地震波幅值调整：由于在地震波数据库中，很难找到与场地条件和地震环境相符合的地震波。因此，需要对地震波进行调幅。调幅的过程是将幅值调整到与场地条件相符合的幅值，但是地震波的持时保持不变。3、地震波选择：使输入地震波的特性和建筑场地的条件相符合。依据的主要参数有：地震烈度、地震强度参数、场地的土壤类别、卓越周期和反应谱等。本专利技术的具体实施流程如图2所示，包括如下步骤：基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法，包括如下步骤：步骤1：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Qd1和第一自振周期T；步骤2：将Qd1、d1代入公式(1)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ΔEmax1；上述公式(1)中ΔEmax1为统计意义上的最大瞬时输入能，d1为顶点位移，Qd1为基底剪力，Amax为《抗规》要求的时程分析所用的地震动加速度最大值；步骤3：输入的地震动按《抗规》的最大加速度值Amax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ΔEmax；根据公式(2)可得到该条地震动基于统计意义上的最大瞬时输入能的最大加速度值Amax1；上这公式(2)中Amax、Amax1分别为同一条地震动调整前后的加速度最大值；ΔEmax、ΔEmax1分别为同一条地震动幅值调整前后的最大瞬时输入能；步骤4：地震动按最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：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Qd1和第一自振周期T；步骤2：将Qd1、d1代入公式(1)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ΔEmax1；

【技术特征摘要】
1.基于最大瞬时输入能的时程分析地震波选择与调幅方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：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Qd1和第一自振周期T；步骤2：将Qd1、d1代入公式(1)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ΔEmax1；上述公式(1)中ΔEmax1为统计意义上的最大瞬时输入能，d1为顶点位移，Qd1为基底剪力，Amax为《抗规》要求的时程分析所用的地震动加速度最大值；步骤3：输入的地震动按《抗规》的最大加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琛，项洪，陈思坚，杨超，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35