一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于地震‑海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，属于地震工程领域。本发明专利技术选取挑选大量地震动，建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构；针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性；利用结构动力方程，计算给定地震‑海啸连续作用下结构的弹性最大位移，并计算弹性最大强度；计算结构在地震‑海啸连续作用下所产生的最大位移为；计算结构的位移延性系数，判断结构位移延性

An inelastic displacement ratio spectrum model based on Earthquake Tsunami continuous action

【技术实现步骤摘要】
一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型
本专利技术属于地震工程领域，具体涉及一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型。
技术介绍
历史地震-海啸资料表明，海啸常由海底地震引发，从而形成序列型地震海啸作用。尽管地震-海啸连续作用相比于单独地震作用能对沿海结构造成更大的破坏甚至倒塌，然而，我国乃至世界上的抗震设计规范均没有考虑其对结构反应的不利影响。因此评估现有结构在地震-海啸连续作用下的性态对于提高沿海结构的抗震安全性、以及结构抗震设计规范的修订具有重要意义。基于位移的抗震评估是基于性态的抗震评估中最为广泛应用的性态评估理论，如何简单有效地估计结构的最大非弹性位移需求是基于位移的抗震设计中最关键的研究内容。采用结构的非弹性位移比可以简单有效地估计结构的最大非弹性位移，然而现有的非弹性位移比谱模型均是基于单独地震作用，未能考虑地震-海啸先后连续作用对结构反应性能的影响。因此建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，对于现有沿海结构的抗震评估具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，以解决现有非弹性位移比谱模型仅考虑了地震单独作用、未能考虑地震后海啸连续作用对结构反应的影响等问题。本专利技术提供了一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，包括以下步骤：步骤一：挑选大量地震动，其中地震动震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km；海啸动力作用通常等效为一突变等值函数；海啸与地震的相对强度采用表示，见式(1)所示；其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度，本技术方案中将比值定义为0.25，0.5，0.75或1.0；步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构，周期范围为0.1s到6s，间隔为0.1s；步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；步骤四：利用结构动力方程，即式(2)，计算给定地震-海啸连续作用下结构保持弹性状态的最大位移ue，并计算结构保持弹性的最低强度为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，为相对位移u的一阶导数，为相对位移u的二阶导数，为地面位移ug的二阶导数；中心差分方法获得ue的过程为：首先将结构相对加速度与速度用位移的中心差分表示：其中为时刻i的相对加速度，为时刻i的相对速度。将式(3)代入式(2)得：转换式(4)得：则ue为ue＝max(|ui+1|)(6)步骤五：逐步降低结构的屈服强度为Fy＝Fy(μ＝1)-nΔF，其中ΔF为结构弹性强度与结构实际屈服强度的差值梯度，n为迭代步数，利用结构动力方程和中心差分方法，即式(2)到(6),计算结构在地震-海啸连续作用下所产生的最大位移为umax；步骤六：计算结构的位移延性系数为μ＝umax/uy；其中uy为结构屈服位移；步骤七：判断结构位移延性系数μ是否满足目标延性μi，如果|(μ-μi)/μi|≤0.01，执行步骤八，否则返回步骤五；步骤八：计算给定非弹性单自由度结构的非弹性位移比Cμ＝umax/ue；步骤九：通过步骤二到步骤八，得到多条地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱，最后按照不同海啸强度分组，分别统计分析得到对应不同海啸强度的平均非弹性位移比谱；步骤十：采用软件TableCurve3D进行回归分析，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型：其中T表示等效单自由度结构周期，a、b、c、d和e为与结构阻尼和屈服刚度有关的拟合参数；步骤十一：采用软件TableCurve3D进行二次回归分析，提出拟合参数a、b、c、d和e的计算方法：a(ξ,α)＝a1+a2·ξ+a3·ξ2+a4·α+a5·α2+a6·α3+a7·α4(8)b(ξ,α)＝b1+b2·ξ+b3·ξ2+b4·α+b5·α2+b6·α3+b7·α4(9)c(ξ,α)＝c1+c2·ξ+c3·ξ2+c4·α+c5·α2+c6·α3+c7·α4(10)d(ξ,α)＝d1+d2·ξ+d3·ξ2+d4·α+d5·α2+d6·α3+d7·α4(11)e(ξ,α)＝e1+e2·ξ+e3·ξ2+e4·α+e5·α2+e6·α3+e7·α4(12)其中ξ表示等效单自由度结构的阻尼比，α为结构屈服刚度比，ai，bi，ci，di，ei，为拟合参数。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的非弹性位移比谱模型考虑了地震-海啸连续作用对结构反应的不利影响，解决了目前提出的非弹性位移比谱模型均是基于单独地震作用，而忽略了地震后海啸作用对结构反应的进一步影响等问题。本专利技术为沿海结构在地震-海啸连续作用下基于位移的抗震评估提供了简单实用的工具，根据结构的动力特性、结构的延性需求和结构的最大弹性位移，即可利用上述模型得到结构的最大非弹性位移。附图说明图1为地震动震级和震中距分布图。图2为地震-海啸序列示意图。图3为地震-海啸连续作用下模型预测结果与统计结果的对比图。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。实施例1：本实施例以日本深海地震动为例，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型。步骤一：选取984条日本深海地震动，震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km，地震动震级和震中距分布见图1所示。海啸动力作用通常可等效为一突变等值函数，见图2所示。海啸与地震的相对强度采用表示，见式(1)所示。其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度，本专利技术将比值定义为0.25，0.5，0.75和1.0，见图2所示；步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构，周期范围为0.1s到6s，间隔为0.1s；步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；步骤四：利用结构动力方程，即式(2)，计算给定地震-海啸连续作用下结构的弹性最大位移ue，并计算弹性最低强度为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，为相对位移u的一阶导数，为相对位移u的二阶导数，为地面位移ug的二阶导数。中心差分方法获得ue的过程为：首先将结构相对加速度与速度用位移的中心差分表示：其中为时刻i的相对加速度，为时刻i的相对速度。将式(3)代入式(2)得：转换式(4)得：则ue为ue＝ma本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：挑选大量地震动，其中地震动震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km；海啸动力作用通常等效为一突变等值函数；/n海啸与地震的相对强度采用

【技术特征摘要】
1.一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：挑选大量地震动，其中地震动震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km；海啸动力作用通常等效为一突变等值函数；
海啸与地震的相对强度采用表示，见式(1)所示；



其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度；
步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构；
步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；
步骤四：利用结构动力方程，即式(2)，计算给定地震-海啸连续作用下结构保持弹性状态的最大位移ue，并计算结构保持弹性的最低强度为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；



其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，为相对位移u的一阶导数，为相对位移u的二阶导数，为地面位移ug的二阶导数；
步骤五：逐步降低结构的屈服强度为Fy＝Fy(μ＝1)-nΔF，其中ΔF为结构弹性强度与结构实际屈服强度的差值梯度，n为迭代步数，利用结构动力方程和中心差分方法，即式(2)到(6),计算结构在地震-海啸连续作用下所产生的最大位移为umax；
步骤六：计算结构的位移延性系数为μ＝umax/uy；其中uy为结构屈服位移；
步骤七：判断结构位移延性系数μ是否满足目标延性μi，如果|(μ-μi)/μi|≤0.01，执行步骤八，否则返回步骤五；
步骤八：计算给定非弹性单自由度结构的非弹性位移比Cμ＝umax/ue；
步骤九：通过步骤二到步骤八，得到多条地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱，最后按照不同海啸强度分组，分别统计分析得到对应不同海啸强度的平均非弹性位移比谱；
步骤十：采用软件TableCurve3D进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘晓兰，郑志，郑宏，赵圆圆，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14