非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法及抗震设计方法技术

本发明专利技术公开了一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，包括以下步骤：分别建立坡地地形计算模型与平地场计算模型；选取坡地地形计算模型中的N个网格节点作为观测点，所述观测点分布的位置包括斜坡段；选取平地场计算模型的地表层上任意一点作为目标点；计算各观测点以及目标点的相对加速度反应；计算各观测点以及目标点的绝对加速度时程；将各观测点以及目标点的绝对加速度时程变换为对应的反应谱；分别计算各观测点相对于目标点的谱比值，以对应的谱比值作为对应观测点的水平地震动放大系数。本发明专利技术填补了针对非岩质坡地水平地震动放大系数的空白，为坡地建筑的抗震性能分析提供更加合理的参数。

Method for determining horizontal seismic amplification coefficient and aseismic design method for non rocky slopes

The invention discloses a method for determining the horizontal seismic amplification factor of non rock slope, including the following steps: the slope terrain calculation model and the flat ground calculation model are set up respectively, and the N grid nodes in the slope terrain calculation model are selected as the observation points, and the location of the observation points is divided into the slope section, and the flat ground field is selected. Any point on the surface of the calculation model is used as the target point; the relative acceleration response of the observation points and the target points is calculated; the absolute acceleration time history of each observation point and the target point is calculated; the absolute acceleration time history of each observation point and the target point is transformed into the corresponding response spectrum, and the observation points are calculated with respect to the eyes respectively. The spectral ratio of the punctuation corresponds to the horizontal seismic amplification coefficient of the corresponding observation points with the corresponding spectral ratio. The invention fills up the blank for magnification coefficient of horizontal ground motion for non rocky slopes, and provides more reasonable parameters for seismic performance analysis of sloping buildings.

【技术实现步骤摘要】
非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法及抗震设计方法
本专利技术属于坡地建筑
，尤其涉及一种分析坡地建筑抗震性能所需参数的确定方法，即水平地震动放大系数的确定方法，还涉及一种根据非岩质坡地水平地震动放大系数来设计坡地建筑的抗震性能的方法。
技术介绍
随着坡地建筑的增多，不容忽视的一个问题是，在计算坡地建筑地震动作用时局部突出地形对地面地震动的放大作用。目前，局部地形对地震动谱特性的影响研究主要集中在台地的平台段位置，如荣棉水和李小军等人进行了局部突出地形对地震动谱特性的影响研究，并给出了地形影响下地面运动的位移傅里叶谱比规律以及台地地形对地震地面运动特征周期的影响规律。汶川地震震害表明坡地顶部以及斜坡上的建筑物震害较周边平地建筑物严重，这种现象除坡地建筑结构本身存在的问题外，坡顶以及斜坡段上的地震动放大作用也是不容忽略的。抗规GB50011-2010给出了关于台地顶部的设计地震动影响系数调整值，但并未将斜坡段的地震动放大效应列入地震动输入时的考虑范畴。王丽萍与任毅曾针对岩质坡地地形对场地水平地震动反应谱特性影响规律进行了研究，并给出了岩质斜坡上的设计水平地震动放大系数。由于山地构造复杂，除了大量的岩质坡地外还存有不少的非岩质坡地，目前结合使用挡土墙技术的非岩质坡地建筑越来越多，研究非岩质坡地的场地地震反应谱特性意义重大。本专利技术针对非岩质坡地地形对场地水平地震动反应谱特性影响规律进行研究，并确定斜坡段上设计水平地震动影响系数的增大幅度。另外，采用PKPM软件，参考建筑抗震设计规范GB50011-2010进行结构抗震设计，柱截面尺寸主要由轴压比、最大层间位移角、最大位移比和最大层间位移比限值控制，对于二级框架结构其柱轴压比限值为0.75、层间位移角限值为1/550、位移比与层间位移比限值为1.5。经过多次试算最终为尽量符合我国现行抗震设计规范要求的偏不利结构，即构件截面尺寸尽可能采用最小、梁柱配筋按构造钢筋和规范规定的限值给出等等，该做法目的是尽可能地减小人为因素的放大影响。现有技术中对于坡地建筑的抗震性设计的主要过程为：①初选梁柱构件的截面尺寸，在PMCAD中对结构进行建模和荷载输入；②在SATWE中进行结构的内力和配筋计算。注意，初次运行时勾选“刚性楼板假定”并“考虑偶然偏心作用”，若计算结果中位移比超过了1.2，按规范要求将“考虑偶然偏心作用”改成“考虑双向地震作用”重新计算；③对初选构件的截面进行优化。重复1～2过程，直到为“偏不利”结构；④最终运行计算得到的结构配筋应为不考虑刚性楼板假定下的结果。并且，根据大量的抗震设计结果分析可知，坡地建筑的主要控制指标为轴压比和层间位移比，即竖向荷载和水平地震作用起主要控制作用。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，解决现有技术中缺乏对非岩质坡地的水平地震动放大系数进行确定的方法，填补针对非岩质坡地水平地震动放大系数的空白，为坡地建筑的抗震性能分析提供更加合理的参数。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，包括以下步骤：步骤1：以H为坡高、H/L为坡降并以D1为远置边界建立坡地地形计算模型，其中，L为坡宽；所述坡地地形计算模型的地表层为土质层；采用网格对所述坡地地形计算模型的地表层进行有限元划分；步骤2：建立以D2为远置边界的平地场计算模型，所述平地场计算模型的地表层为土质层；所述平地场计算模型的土质层物理参数与坡地地形计算模型的土质层物理参数相同；步骤3：选取坡地地形计算模型中的N个网格节点作为观测点，所述观测点分布的位置包括斜坡段；选取平地场计算模型的地表层上任意一点作为目标点；步骤4：计算各观测点以及目标点的相对加速度反应，按如下方式：输入水平地震波，并采用Newmark-β法按如下公式计算：其中，M、C和K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和u(t)分别为相对加速度反应、相对速度反应和相对位移反应；t表示时间变量；为输入水平地震波的加速度；步骤5：计算各观测点以及目标点的绝对加速度时程，按如下公式：其中，表示绝对加速度时程；步骤6：将各观测点以及目标点的绝对加速度时程变换为对应的反应谱；其中，第i个观测点的反应谱表示为Yi(T)，i∈{1,2,...,N}；目标点的反应谱表示为Y0(T)；T表示结构自振周期；步骤7：分别计算各观测点相对于目标点的谱比值，以对应的谱比值作为对应观测点的水平地震动放大系数，按如下方式计算：以各观测点的反应谱最大值比上目标点的反应谱最大值作为谱比值；其中，第i个观测点的谱比值优选的，步骤4中输入的水平地震波为实际地震波，并分别从坡地地形计算模型与平地场计算模型的底部竖直向上入射。优选的，步骤7中在计算谱比值之前，对各反应谱进行归一化处理，采用归一化后的反应谱最大值来计算谱比值；其中，第i个观测点的谱比值其中，分别为Yimax(T)、Y0max(T)归一化后的标量。优选的，采用如下土质层物理参数：弹性模量为3×108N/m2，密度为1800kg/m3，泊松比为0.2，阻尼比为0.05；水平地震波采用美国记录的27条实际基岩地震波；远置边界D1＝800m,远置边界D2＝200m；网格的单元尺寸为2.5m×2.5m；分别建立以下坡地地形计算模型进行水平地震动放大系数的计算：在坡高H＜5m的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；在坡高5≤H＜15的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；在坡高H≥15的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；其中，斜坡段的计算结果如下表：表中h表示斜坡段上测试点距离坡脚的竖直距离，根据测试点距离坡脚的竖直距离h能够通过查表确定斜坡段上相应测试点的水平地震动放大系数。优选的，经过计算得到以下结论：下平台段上各测试点的地震动放大系数均为1；上平台段上距离斜坡段上顶点2.5倍坡高位置内的地震动放大系数相对目标点的最大增幅为0.27～0.54。本专利技术还提供了一种坡地建筑的抗震性能设计方法，采用本专利技术的水平地震动放大系数的确定方法所确定出的水平地震动放大系数对坡地建筑进行抗震性能设计。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术采用有限元数值分析方法建立坡地地形计算模型与平地场地计算模型，输入地震波对场地模型进行动力时程分析，提取不同坡高、不同坡降对应模型在斜坡段以及平台段的地震响应时程并转换成反应谱，通过计算谱比值来确定水平地震动放大系数。2、本专利技术在建模过程中综合考虑单元网格的尺寸、积分时间步长、阻尼、远置边界取值以及地震波施加方法，在首要满足计算结果精度的要求下，加快运算速度和收敛性。3、本专利技术不仅提供了确定非岩质坡地的水平地震动放大系数的方法，还提供了根据该方法计算出的具有代表性的非岩质坡地的水平地震动放大系数，并进行了列表，这样就能通过查表法快速确定出非岩质坡地的水平地震动放大系数。4、本专利技术填补了针对非岩质坡地水平地震动放大系数的空白，为坡地建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：以H为坡高、H/L为坡降并以D1为远置边界建立坡地地形计算模型，其中，L为坡宽；所述坡地地形计算模型的地表层为土质层；采用网格对所述坡地地形计算模型的地表层进行有限元划分；步骤2：建立以D2为远置边界的平地场计算模型，所述平地场计算模型的地表层为土质层；所述平地场计算模型的土质层物理参数与坡地地形计算模型的土质层物理参数相同；步骤3：选取坡地地形计算模型中的N个网格节点作为观测点，所述观测点分布的位置包括斜坡段；选取平地场计算模型的地表层上任意一点作为目标点；步骤4：计算各观测点以及目标点的相对加速度反应，按如下方式：输入水平地震波，并采用Newmark‑β数值分析法按如下公式计算：

【技术特征摘要】
1.一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：以H为坡高、H/L为坡降并以D1为远置边界建立坡地地形计算模型，其中，L为坡宽；所述坡地地形计算模型的地表层为土质层；采用网格对所述坡地地形计算模型的地表层进行有限元划分；步骤2：建立以D2为远置边界的平地场计算模型，所述平地场计算模型的地表层为土质层；所述平地场计算模型的土质层物理参数与坡地地形计算模型的土质层物理参数相同；步骤3：选取坡地地形计算模型中的N个网格节点作为观测点，所述观测点分布的位置包括斜坡段；选取平地场计算模型的地表层上任意一点作为目标点；步骤4：计算各观测点以及目标点的相对加速度反应，按如下方式：输入水平地震波，并采用Newmark-β数值分析法按如下公式计算：其中，M、C和K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和u(t)分别为相对加速度反应、相对速度反应和相对位移反应；t表示时间变量；为输入水平地震波的加速度；步骤5：计算各观测点以及目标点的绝对加速度时程，按如下公式：其中，y(t)表示绝对加速度时程；步骤6：将各观测点以及目标点的绝对加速度时程变换为对应的反应谱；其中，第i个观测点的反应谱表示为Yi(T)，i∈{1,2,...,N}；目标点的反应谱表示为Y0(T)；T表示结构自振周期；步骤7：分别计算各观测点相对于目标点的谱比值，以对应的谱比值作为对应观测点的水平地震动放大系数，按如下方式计算：以各观测点的反应谱最大值比上目标点的反应谱最大值作为谱比值；其中，第i个观测点的谱比值2.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤3中观测点分布的位置还包括上平台段与下平台段。3.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤4中输入的水平地震波为实际地震波，并分别从坡地地形计算模型与平地场计算模型的底部竖直向上入射。4.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤7中在计算谱比值之前，对各反应谱进行归一化处理，采用归一化后的反应谱最大值来计算谱比值；其中，第i个观测点的谱比值其中，分别为Yimax(T)、Y0max(T)归一化后的标量。5.根据权利要求3所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：采用如下土...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佑发，凌玲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50