提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法技术

本发明专利技术是提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法。本发明专利技术在对结构时程分析之前，预先对地震记录进行截断处理，仅将地震记录加速度时程较强部分输入到结构中进行计算分析，使得截断地震记录前后结构最大位移或最大层间位移角不改变。本发明专利技术适用于求取参数为最大位移或最大层间角且地震记录为单向水平输入的情况。本发明专利技术计算结构位移反应结果较为准确，在一定程度上减少了计算分析的时间，提高了计算效率，特别是对于复杂超高结构和持时较长的地震记录，效果更为显著。

Seismic Record Interception Method for Improving the Efficiency of Structural Seismic Response Analysis

The invention relates to a method for intercepting seismic records to improve the efficiency of structural seismic response analysis and calculation. Before the time history analysis of the structure, the seismic record is truncated in advance, and only the strong part of the acceleration time history of the seismic record is input into the structure for calculation and analysis, so that the maximum displacement or the maximum interlayer displacement angle of the structure before and after the truncation of the seismic record is not changed. The invention is applicable to the case where the parameters are the maximum displacement or the maximum interlayer angle and the seismic records are input horizontally in one direction. The calculation result of the displacement response of the structure by the invention is more accurate, reduces the time of calculation and analysis to a certain extent, and improves the calculation efficiency, especially for the complex super-high structure and the long-lasting seismic record, the effect is more remarkable.

【技术实现步骤摘要】
提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法
本专利技术涉及结构时程分析计算
，是一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法。
技术介绍
在国内外现行的抗震分析方法中，结构弹塑性时程分析是一种常用的结构动力计算方法。其可以通过输入地震加速度记录对结构基本运动方程进行积分，获得结构地震作用效应随时间的变化过程，以此应用于结构地震反应分析和结构性态评估。由于结构弹塑性时程分析在每一个步长内都需要进行积分求解，遇到结构复杂、所选地震记录时程较长的情况时，计算耗费时间较多。因此，研究如何提高计算效率、减少计算时间具有较大意义。结构位移或结构层间位移角是衡量结构状态的重要指标，结构层间位移角可由楼层层间位移与层高的比值计算获得。结构最大层间位移角是一个常用的工程需求参数，在我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)中，通过对结构最大层间位移角进行限值使结构满足抗震性能方面的要求。地震记录加速度时程曲线可以反映地面运动随时间变化的强烈程度，通过对地震记录的统计发现，由台站记录所获的大部分地震记录持时较长，其所反映的地面运动程度基本呈现由弱到强再到弱，最后停止的过程。强烈的地面运动发生后，会有一段逐渐减小的震动。在此过程中，地面运动加速度由峰值逐渐减小到零。如果对结构输入一条完整的地震记录，经历了强震部分后的结构大都达到了最大位移，在其后逐渐减小的弱地面震动中位移很难继续增加。
技术实现思路
本专利技术为解决现有存在的问题，提供了一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，本专利技术提供了以下技术方案：一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，包括以下步骤：步骤一：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构的基本周期T1，确定单自由度结构体系屈服强度折减系数R的取值范围，建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型；步骤二：选择地震记录，将所选地震记录输入至周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，获得单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax，以Tmax作为输入到待分析结构中对应地震记录的截断时间；步骤三：对地震记录进行处理，将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，完成待分析结构的地震反应分析，获得最大位移或者最大层间位移角；优选地，所述步骤一具体为：第一步：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构框架的基本周期T1；第二步：根据待分析结构，确定单自由度结构体系屈服折减系数R的取值范围；第三步：采用有限元软件建立周期段0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型。优选地，所述单自由度结构体系屈服强度折减系数R取值范围根据计算所需而定。优选地，所述步骤二具体为：第一步：从地震记录数据库中挑选出用于计算的地震记录，将挑选出的地震记录输入至周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型；第二步：对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，获得单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax；第三步：将单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax作为输入到待分析结构中对应地震记录的截断时间。优选地，从地震记录数据库中挑选出所需地震记录进行计算。优选地，所述步骤三具体为：第一步：对地震记录进行处理，根据地震记录截断时间Tmax对选取的地震记录进行截断；第二步：将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，待到完成待分析结构的地震反应分析，即获得最大位移或者最大层间位移角。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，对地震记录进行处理，将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，完成待分析结构的地震反应分析，获得最大位移或者最大层间位移角。从地震记录数据库中挑选出所需地震记录进行计算，本专利技术采用任意数量的地震记录都可行。本专利技术计算结构位移反应结果较为准确，在一定程度上减少了计算分析的时间，提高了计算效率，特别是对于复杂超高结构和持时较长的地震记录，效果更为显著。附图说明图1是两框架结构平面尺寸示意图。图2是两框架结构立面尺寸示意图，其中，图2-a为13.2m框架结构立面尺寸示意图，图2-b为52.8m框架结构立面尺寸示意图。图3是单自由度体系在一条地震记录下最大位移出现时刻示意图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。具体实施例一：本专利技术提供一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，包括以下步骤：步骤一：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构的基本周期T1，确定单自由度结构体系屈服强度折减系数R的取值范围，建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型；步骤二：选择地震记录，将所选地震记录输入至周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，获得单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax，以Tmax作为输入到待分析结构中对应地震记录的截断时间；步骤三：对地震记录进行处理，将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，完成待分析结构的地震反应分析，获得最大位移或者最大层间位移角；具体实施例二：步骤1：如图1、2所示，以两高度分别为13.2m和52.8m的钢筋混凝土框架结构为例，采用本方法求解两结构在不同地震记录下每层的最大层间位移角。基于有限元软件对两框架结构进行建模并完成模态分析，由此获得两框架结构基本周期T1分别为0.88s和2.58s。利用有限元软件建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，两框架结构对应的单自由度结构体系周期段分别为0.18s～1.76s、0.52s～5.16s，综合考虑两结构情况，此次单自由度结构体系周期取值从0.2s开始，以0.1s为步长计算到T＝5.2s结束，其中材料本构采用双线性滞回模型，结构屈服强度折减系数R取值范围是1到6的正整数。步骤2、从地震记录数据库中挑选一千余条地震记录用于计算。将选出的地震记录输入到步骤1中建立的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系进行时程分析，分别计算出结构周期T等于0.2s～1.8s、0.5s～5.2s下单自由度结构体系最大位移响应出现时刻tmax的最大值Tmax如图3所示，图3是其中一条地震记录的演示过程，Tmax1和Tmax2分别表示此条地震记录输入两框架结构的截断时间，作为输入到两框架结构中对应地震记录的截断时间。步骤3、按步骤2中确定的地震记录截断时间Tmax对相应地震记录进行截断，取0～Tmax段地震记录输入两框架结构，完成结构的地震反应分析即可获取结构每一层的最大层间位移角。步骤4、将步骤3中获得的最大位移或者最大层间位移角与地震记录直接输入至待分析结构进行时程分析获得的最大位移或者最大层间位移角对比，判断是否存在地震记录截断前后待分析结构最大层间位移角的平均相对误差。为对比说明截断地震记录方法的可行性，将选出的原始地震记录直接输入两框架结构进行时程分析获得每层最大层间位移角，把结果与上述步骤中截断地震本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构的基本周期T1，确定单自由度结构体系屈服强度折减系数R的取值范围，建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型；步骤二：选择地震记录，将所选地震记录输入至周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，获得单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax，以Tmax作为输入到待分析结构中对应地震记录的截断时间；步骤三：对地震记录进行处理，将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，完成待分析结构的地震反应分析，获得最大位移或者最大层间位移角。

【技术特征摘要】
1.一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构的基本周期T1，确定单自由度结构体系屈服强度折减系数R的取值范围，建立周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型；步骤二：选择地震记录，将所选地震记录输入至周期段为0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型，对单自由度结构体系有限元模型进行时程分析，获得单自由度结构最大位移反应出现时刻tmax的最大值Tmax，以Tmax作为输入到待分析结构中对应地震记录的截断时间；步骤三：对地震记录进行处理，将0～Tmax的部分地震记录输入待分析结构，完成待分析结构的地震反应分析，获得最大位移或者最大层间位移角。2.根据权利要求1所述的一种提高结构地震反应分析计算效率的地震记录截取方法，其特征是：所述步骤一具体为：第一步：采用有限元软件对待分析结构进行模态分析，获得待分析结构框架的基本周期T1；第二步：根据待分析结构，确定单自由度结构体系屈服折减系数R的取值范围；第三步：采用有限元软件建立周期段0.2T1～2T1的单自由度结构体系有限元模型。3.根据权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，何依婷，魏雨良，翟长海，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23