一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统。所述方法包括：获取多条备选地震波；确定目标谱；目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；采用加权最小二乘法分别计算各备选地震波的反应谱与目标谱的地震波缩放系数；依据各地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与目标谱的匹配误差值；依据各匹配误差值以及各地震波缩放系数确定优选地震波；优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。本发明专利技术适用于各种目标谱，能够在用于结构抗震时程分析时，提高结构抗震时程分析的准确性以及降低结构时程分析反应结果的离散性。

A Wave Selection Method and System for Seismic Time History Analysis of Structures

The invention discloses a wave selection method and system for structural seismic time history analysis. The methods include: acquiring multiple alternative seismic waves; determining target spectra; target spectra are normalized spectra, uniform probability spectra, conditional mean spectra, non-linear displacement spectra or Newmark triple spectra; calculating seismic wave scaling coefficients of response spectra and target spectra of alternative seismic waves by weighted least square method; calculating corresponding response spectra of alternative seismic waves based on seismic wave scaling coefficients of each alternative seismic wave. The matching error value with target spectrum, the optimum selection of seismic wave based on the matching error value and the scaling coefficient of seismic wave, and the optimum selection of seismic wave as the input seismic wave for seismic time history analysis of structures. The present invention is applicable to various target spectra, and can improve the accuracy of structural seismic time history analysis and reduce the discreteness of response results of structural time history analysis when used for structural seismic time history analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统
本专利技术涉及结构抗震时程分析
，特别是涉及一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统。
技术介绍
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需要输入地震波，因此，输入地震波的选择对于结构抗震时程分析尤为重要。目前，常用的选波方法有：1)双频段控制选波方法。该方法选取经调幅后其拟加速度反应谱在短周期段和结构一阶自振周期附近的反应谱均值，与设计反应谱相差不超过10％的地震动记录。其实质上是以(设计)反应谱平台段考虑高阶振型的影响(T≦1.0s左右)，但目前较多的超高层建筑、大跨度桥梁等的基本周期可以达到5s甚至以上，对结构地震反应影响较大的第2、第3阶振型等并不在平台段，此时它们对结构反应的影响无法得到充分地体现，因此，采用该方法选取的地震波作为结构抗震时程分析的输入，会使得分析结构的准确性较低，且该方法的目标谱也只局限于规范谱。2)考虑高振型影响的多频段选波及调整方法。该方法选取经调幅后输入地震波反应谱，在多个结构周期点附近周期段与目标谱有较好匹配的地震波，匹配误差计算采用的是双控误差指标的形式，且引入由振型参与系数确定的权重系数，可考虑高阶振型对结构反应的不同贡献，但该方法的目标谱也局限于规范谱。3)考虑高阶振型影响的另一种选波方法，该方法在结构前几阶振型周期点处计算输入地震波反应谱与目标谱的匹配误差，同时引入了由振型参与系数确定的权重系数进行误差的加权计算，但该方法仅限于局部的结构前几阶周期点处的谱值，未考虑反应谱与目标谱在在全周期段范围的情况。可见，现有的选波方法在用于结构抗震时程分析时，准确度有待提高、目标谱的选择范围受到限制、结构时程分析的反应结果的离散性较高。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统，以适用于各种目标谱，进而在用于结构抗震时程分析时，提高结构抗震时程分析的准确性以及降低结构时程分析反应结果的离散性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种用于结构抗震时程分析的选波方法，所述方法包括：获取多条备选地震波；确定目标谱；所述目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数；依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值；依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波；所述优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。可选的，所述依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波，具体包括：判断各备选地震波分别对应的地震波缩放系数是否在预设范围内；将在预设阈值范围内的地震波缩放系数对应的备选地震波确定为初选地震波；将各所述初选地震波对应的匹配误差值进行升序排序，得到匹配误差序列；将所述匹配误差序列中前C个匹配误差值对应的初选地震波确定为优选地震波；其中C≥3。可选的，所述采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数，具体为：其中，SF表示地震波缩放系数，Sa(T)表示备选波反应谱在T周期点对应的谱值，表示目标谱在T周期点对应的谱值，T表示匹配周期段内预设间隔的各个离散周期点，n表示保证累积振型参与质量不小于结构总质量的90％时的振型数，α、β均为常数，α+β＝1且β>α，T1表示结构一阶周期，1.5T1表示第一匹配周期范围的上限，λi表示第i阶振型周期Ti周期段范围的匹配权重系数，其中，mj表示第j楼层的质量，N表示结构总层数；φji表示第i阶振型下第j楼层的模态位移，Mi表示由无量纲振型计算的第i阶振型的广义质量。可选的，所述依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值，具体为：其中，SSE表示匹配误差值。本专利技术还提供了一种用于结构抗震时程分析的选波系统，所述系统包括：备选波获取模块，用于获取多条备选地震波；第一确定模块，用于确定目标谱；所述目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；第一计算模块，用于采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数；第二计算模块，用于依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值；优选波确定模块，用于依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波；所述优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。可选的，所述优选波确定模块，具体包括：判断单元，用于判断各备选地震波分别对应的地震波缩放系数是否在预设范围内；初选波确定单元，用于将在预设阈值范围内的地震波缩放系数对应的备选地震波确定为初选地震波；排序单元，用于将各所述初选地震波对应的匹配误差值进行升序排序，得到匹配误差序列；优选波确定单元，用于将所述匹配误差序列中前C个匹配误差值对应的初选地震波确定为优选地震波；其中C≥3。可选的，所述第一计算模块中地震波缩放系数的具体计算公式为：其中，SF表示地震波缩放系数，Sa(T)表示备选波反应谱在T周期点对应的谱值，表示目标谱在T周期点对应的谱值，T表示匹配周期段内预设间隔的各个离散周期点，n表示保证累积振型参与质量不小于结构总质量的90％时的振型数，α、β均为常数，α+β＝1且β>α，T1表示结构一阶周期，1.5T1表示第一匹配周期范围的上限，λi表示第i阶振型周期Ti周期段范围的匹配权重系数，其中，mj表示第j楼层的质量，N表示结构总层数；φji表示第i阶振型下第j楼层的模态位移，Mi表示由无量纲振型计算的第i阶振型的广义质量。可选的，所述第二计算模块中匹配误差值的具体计算公式为：其中，SSE表示匹配误差值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种用于结构抗震时程分析的选波方法及系统。所述方法包括：获取多条备选地震波；确定目标谱；目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；采用加权最小二乘法分别计算各备选地震波的反应谱与目标谱的地震波缩放系数；依据各地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与目标谱的匹配误差值；依据各匹配误差值以及各地震波缩放系数确定优选地震波；优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。本专利技术的目标谱不在局限于规范谱，可适用于各种目标谱；利用加权最小二乘法实现谱匹配计算，在用于结构抗震时程分析时，提高了结构抗震时程分析的准确性；能够实现输入地震波反应谱与目标谱在全部周期段的匹配，降低了结构时程分析反应结果的离散性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种用于结构抗震时程分析的选波方法的流程图；图2为本专利技术实施例计算匹配误差的示意图；图3为本专利技术实施例一种用于结构抗震时程分析的选波系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于结构抗震时程分析的选波方法，其特征在于，包括：获取多条备选地震波；确定目标谱；所述目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数；依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值；依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波；所述优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。

【技术特征摘要】
1.一种用于结构抗震时程分析的选波方法，其特征在于，包括：获取多条备选地震波；确定目标谱；所述目标谱为规范谱、一致概率谱、条件均值谱、非线性位移谱或Newmark三联谱；采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数；依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值；依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波；所述优选地震波作为结构抗震时程分析的输入地震波。2.根据权利要求1所述的一种用于结构抗震时程分析的选波方法，其特征在于，所述依据各所述匹配误差值以及各所述地震波缩放系数确定优选地震波，具体包括：判断各备选地震波分别对应的地震波缩放系数是否在预设范围内；将在预设阈值范围内的地震波缩放系数对应的备选地震波确定为初选地震波；将各所述初选地震波对应的匹配误差值进行升序排序，得到匹配误差序列；将所述匹配误差序列中前C个匹配误差值对应的初选地震波确定为优选地震波；其中C≥3。3.根据权利要求1所述的一种用于结构抗震时程分析的选波方法，其特征在于，所述采用加权最小二乘法分别计算各所述备选地震波的反应谱与所述目标谱的地震波缩放系数，具体为：其中，SF表示地震波缩放系数，Sa(T)表示备选波反应谱在T周期点对应的谱值，表示目标谱在T周期点对应的谱值，T表示匹配周期段内预设间隔的各个离散周期点，n表示保证累积振型参与质量不小于结构总质量的90％时的振型数，α、β均为常数，α+β＝1且β>α，T1表示结构一阶周期，1.5T1表示第一匹配周期范围的上限，λi表示第i阶振型周期Ti周期段范围的匹配权重系数，其中，mj表示第j楼层的质量，N表示结构总层数；φji表示第i阶振型下第j楼层的模态位移，Mi表示由无量纲振型计算的第i阶振型的广义质量。4.根据权利要求3所述的一种用于结构抗震时程分析的选波方法，其特征在于，所述依据各所述地震波缩放系数计算对应的备选地震波的反应谱与所述目标谱的匹配误差值，具体为：其中，SSE表示匹配误差值。5.一种用于结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东升，张锐，付建宇，陈笑宇，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12