基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，包括：获取一定数量的备选地震波；确定三分段的匹配周期范围；根据结构基本周期落入的周期段确定反应谱类型，并以结构基本周期点处谱值相等为原则进行调幅；在匹配周期范围涵盖的短、中、长周期段内计算各类目标谱及匹配误差；基于匹配误差与调幅系数优选一定数量的地震波。本发明专利技术可充分利用各种反应谱对结构反应的良好相关性，使选波方法更具完备的理论形式和结构动力学基础。该方法适用于各种周期结构，尤其对于长周期结构，不仅能够保证估计的准确性，并能够有效降低时程分析结果的离散性，且该优势不会受到结构非线性程度、地震波数量等诸多因素的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法


[0001]本专利技术属于结构抗震设计领域，特别是涉及一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]目前，常用的选波方法有：
[0004]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，目标谱也局限于规范谱，偏工程经验。
[0005]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，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。
[0006]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。
[0007]4)加权调幅选波方法。该方法是在较宽泛的匹配周期范围内，利用加权最小二乘法确定匹配误差。权重系数由振型质量参与系数确定。该方法理论完备，但仅对于长周期结构降低离散性的优势较为明显，对于短周期和中等周期结构，优势并不突出。
[0008]5)全周期段匹配选波方法。该方法仅为抗震设计规范服务，旨在提出一种不考虑结构动力特性影响的适合于各种结构的抗震时程分析输入地震波。目标谱也局限于规范谱。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，包括：
[0011]获取预设数量的备选地震波；
[0012]确定地震波的结构基本参数；
[0013]确定整个匹配周期段长度，将匹配周期段范围划分为短周期段、中等周期段、长周期段；
[0014]基于所述基本结构参数，获得备选地震波的结构基本周期，根据结构基本周期所处的周期段选取目标谱进行单点调幅，获得调幅系数；
[0015]基于匹配周期段范围划分、所述目标谱、所述调幅系数计算所述备选地震波的匹配误差；
[0016]基于所述匹配误差与所述调幅系数在所述备选地震波中选取优选地震波，完成地震动选取。
[0017]可选的，基于地震信息从公开强震数据库中筛选，获得所述备选地震波。
[0018]可选的，所述目标谱包括加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱；获得所述目标谱的方式包括：根据预设超越概率获得加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱；所述速度反应谱与所述位移反应谱通过规范设计谱或加速度反应谱转换计算获得。
[0019]可选的，单点调幅的过程包括：当所述结构基本周期处于短周期段时，采用加速度反应谱作为目标谱，当所述结构基本周期处于中等周期段时，采用速度反应谱作为目标谱，当所述结构基本周期处于长周期段时，采用位移反应谱作为目标谱，以基本周期点处反应谱值与目标谱值相等为原则进行单点调幅。
[0020]可选的，基于匹配周期段范围划分获得的短周期段、中周期段、长周期段、与各周期段选用的目标谱、所述调幅系数，计算匹配误差的公式如下：
[0021][0022]式中，S
a
(T)、S
v
(T)、S
d
(T)和分别为备选地震波反应谱与目标谱在T周期点对应的加速度、速度和位移谱值；T为匹配周期段内一定间隔的各个离散周期点；匹配周期范围的上限取为2T1，T1为结构基本周期，下限为0.2T1和T
n
中较小值。
[0023]可选的，基于所述匹配误差与所述调幅系数在所述备选地震波中选取地震波的过程为：以所述匹配误差由低到高、所述调幅系数接近1为原则，将备选地震波进行排序后，选取预设数目的地震波作为优选地震波。本专利技术的技术效果为：
[0024]本专利技术可应用于各种建筑及桥梁结构的弹性或弹塑性时程分析时所需输入地震波的选择，尤其对于高层、大跨桥梁等基本周期较长的工程结构，选波效果更为良好。该方法依据“短、中、长周期结构反应分别与PGA、PGV、PGD相关的地震动强度指标具有良好相关性”的原理，提出根据结构各阶周期特点，联合加速度、速度和位移反应谱计算所选地震动反应谱与目标谱匹配程度的匹配误差。匹配周期范围广泛，涵盖影响结构反应的前几阶振型周期,可考虑高阶振型对结构反应的影响。该方法可充分利用各种反应谱对结构反应的良好相关性，使选波方法更具完备的理论形式和结构动力学基础。采用该选波方法可保证长周期结构时程反应估计的准确性，并能够有效降低结构时程分析反应结果的离散性，且该优势不会受到结构非线性程度、地震波数量等诸多因素的影响。时程反应结果较低的离散性对工程师意味着选择和处理上的方便性，也一定程度上提升了抗震设计结果的可信性。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026]图1为本专利技术实施例中的方法流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例中的匹配误差计算示意图。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0029]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0030]实施例一
[0031]如图1
‑
2所示，本实施例中提供一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，包括：
[0032](1)备选地震波数据库：从美国的PEER(https://peer.berkeley.edu)和COSMOS(https://strongmotioncenter.org)、日本的K
‑
NET和KiK
‑
NET(http://www.kyoshin.bosai.go.jp)以及欧洲的ISESD(http://www.ises本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，其特征在于，包括以下步骤：获取预设数量的备选地震波；确定地震波的结构基本参数；确定整个匹配周期段长度，将匹配周期段范围划分为短周期段、中等周期段、长周期段；基于所述基本结构参数，获得备选地震波的结构基本周期，根据结构基本周期所处的周期段选取目标谱进行单点调幅，获得调幅系数；基于匹配周期段范围划分、所述目标谱、所述调幅系数计算所述备选地震波的匹配误差；基于所述匹配误差与所述调幅系数在所述备选地震波中选取优选地震波，完成地震动选取。2.根据权利要求1所述的基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，其特征在于，基于地震信息从公开强震数据库中筛选，获得所述备选地震波。3.根据权利要求1所述的基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，其特征在于，所述目标谱包括加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱；获得所述目标谱的方式包括：根据预设超越概率获得加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱；所述速度反应谱与所述位移反应谱通过规范设计谱或加速度反应谱转换计算获得。4.根据权利要求3所述的基于联合目标谱的结构抗震时程分析输入地震动选取方法，其特征在于，单点调幅的过程包括：当所述结构基本周期处于短...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：