浅析动力时程分析中地震波的选取

浅析动力时程中地震波的选取 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 浅析动力时程分析中地震波的选取 ?52? 杨川丁 (昆明营造建筑有限公司，云南昆明650031) 摘要:从时程分析法适用对象、地震波选取原则等两个方面，初步探讨了时程分析法中地震波选取这一容易忽视而关键的问题，对工程设计人员和科技工作者均有一定借鉴意义。 关键词:时程分析法;地震波选取中图分类号:P631.47文献标识码:A文章编号:1672,4011(2012)03,0052,02 80m的结构;?9度地区，高度大于60m的结构。“超过12层且刚度无突变的钢筋混凝土框架和框排架结构、单层钢筋混凝土柱厂房，结构在罕遇地震作用下薄弱层(部位) ”弹塑性变形计算宜采用弹塑性时程分析法。 2地震波选取的基本原则 TheSelectionofSeismicWavesinthe TimeHistoryAnalysisProcedure YANGChuanding (KunmingYingzaoProjectDesignCo(Ltd(Kunming650031，China) Abstract:Twoaspects， applicableobjectsandseismicwavesselectionarediscussedinthispaper，whicharethekeyandignobleproblemsinthetimehistoryanalysisprocedure —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (Ithasacertainreferencevaluefordesignersandtechnologists( Keywords:timehistoryanalysismethod，theseismicwavesselection 分析中如何选择及选择几条地震波作为输入，一直是困扰工程界的难点。时程分析法时如果地震波的选择无视建设场地的差别而仅采用为数不多的几条典型，往往会导致同一结构在相同强度下的不同输入的计算结果差异很大，与底部剪力法或振型分解反应谱法的结果也有很大出入，有时相差几倍甚至十几倍之多。为保证结构时程分析结果的合理性，应合理选择输入地震波。由于各类结构的震害表现是地震波频谱特性、有效峰值和持续时间综合影响的结果，所以选择输入正确的地震波，应使地震波峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量符合相应的要求。实际地震波包含平动分量和转动分量，但由于转动分量记录较少等原因，对结构旋转运动的考虑较少。2.1 地震波幅值 地震波的幅值可以指地震动加速度、速度、位移中的任何一种的最大值或某种意义下的等代值。迄今为止，已 ,2, 先后提出了十几种地震动幅值的定义。一般工程界侧重于接受含有最大值或有效峰值含义的定义，虽然各种有效或等效幅值具有明确的物理意义，但目前对于有效峰值的定义很不统一，主观性较强，所得的值离散性也较大，但 ,3, 对于工程抗震而言仍以采用最简单的最大峰值为主。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 地震波的峰值在一定程度上反应了地震波的强度，因此输入结构的典型地震波主振型的峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当，否则应该按式(1)对地震波的峰值进行调整。 Amax A(t)=a(1) amax(t) 式中，A(t)分别为调整后的地震波时程曲线;Amax为相应烈度下统计的地面运动峰值;a(t)为选出的地震波时程曲线;amax为选出地震记录的最大峰值。2.2 频谱特性 频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响程度。它与地震传播距离、传播区域、传播介质及结构所在地的场地土性质有密切关系。一般来讲，震级越大，地震波中的长周期(低频)分量越显著;震中距越近，地震波中的高频分量越显著，振幅越大;软土地基上地震波卓越周期显著，而硬土地基上的地震波则包含多种频率成分。 合理的地震波选择应从两个方面着手:?所输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致;?所 ,4, 输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。2.3 地震波持时 (下转) 0前言 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 汶川地震以来，非线性分析愈来愈成为地震研究的热点。由于地震作用在强度上的不确定性，一般结构物都可能在未来强震中进入破坏阶段，同时地震作用具有时间过程性，对结构的非线性性质研究不能仅局限于极限破坏的状态，而要更加重视结构在往复荷载作用下的非线性变化过程。研究结果发现:控制结构破坏的基本变量不仅与结构所能承受的最大荷载有关，而且还与结构的最大变形反应和累积损伤破坏有关，由此有些学者提出了强度,变形双重设计准则、基于最大变形,能量累积损耗的双重破坏准则等。对于工程设计人员和科研工作人员来讲，时程分析法是研究地震作用下结构非线性性质的重要结构分析方法，而地震波的选取又是时程分析的重要一环，选取的优劣直接影响了计算结果的正确与否，鉴于此，本文针对时程分析中地震波的选取进行探讨。 1时程分析法计算的基本对象 《建筑抗震设计》GB50011,1,，对于“特别依据现行 不规则的建筑、甲类建筑和满足以下所列高度范围的高层 ，建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算”采 用时程分析法建筑高度范围如下:采用时程分析法的房屋高度范围如下:?8度?、?类场地和7度地区，高度大于100m的结构;?8度?、?类场地的地区，高度大于 作者简介:杨川丁(1983,)，男，学士。 ?54? 人工挖孔深度至隧道顶部以上80cm，护壁形式采用C25钢筋速—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 凝混凝土(加入速凝剂)护壁。每开挖1m做一次护壁，开挖完成后，沿环向800×800(mm)梅花型打入A48钢管作为护壁钢筋网片的锚固点。护壁钢筋采用A8@100×100(mm)钢筋网片。盾构机通过范围土质主要为中砂层，挖孔过程中每开挖0.5m做一次护壁。护壁形式采用C25的速凝混凝土加竹筋的C形护壁。护壁的模板采用C型钢模，模板在盾构机前断面加横向支撑，避免C型钢模收口。挖桩施工过程中钢模板不再拆除，待障碍桩体凿除完成后，破除与盾构机连接位置处的混凝土，钢模采取从下往上的顺序拆除，护壁凿除和护壁钢筋割除紧随模板拆除过程，边凿除护壁边进行粘土回填夯实，每次护壁凿除范围不超过20cm，护壁凿除至盾构机顶部50cm。 时注意土仓压力的损失，刀盘所在位置地面沉降不大于允 ,30mm)。派专人24h负责地面刀盘位置安许值(+10mm， 全警戒和地表有无明显下沉或隆起现象。加强盾构机姿态监测，确保盾构机姿态可控;密切注意周围桥梁变形情况，保证桥梁安全 。 4 4.1 施工实例 挖孔桩破除的施工 图2人工挖孔施工图片图3成孔检查刀盘 2011年1月31日确定破桩后，3月5日正式开始 ## —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 施工，3月24日完成破除1侵限桩，3月25日完成破除2侵限桩，3月26日完成孔洞砂浆回填。实际破挖孔桩工期 平均每天仅22天，挖孔深18m(挖至盾构底以下0.5m)， 挖0.86m。整体挖孔破桩过程保持在施工安全，工期可控的状态下进行，未发生任何安全事故。并且通过下到井底对刀 发现刀盘切入桩基约20cm，但刀盘整体保持完盘进行检查， 好，仅有2处刀具磕掉约1cm的角，不影响盾构后续施工。4.2盾构停机的注意事项 停机过程中向土仓和盾体周围注入高浓度膨润土和泡沫，持续建立1.2bar的土压平衡，确保掌子面的稳定。时 根据对盾构机停机期间的持续监测结果显示，盾构机姿态变化较小，盾首仅下沉3mm，盾尾上升1mm。且停机期间YDK7+053.7位置地面下沉累计仅1.3mm，周边桥梁没受影响，均保持在允许范围之内。 5结论 (1)人工挖孔破除盾构机突遇障碍物的施工方法，在西安无水砂层底质中施工安全有效，工期可控。 (2)人工挖孔不仅能够有效的破除盾构突遇障碍物，还能直观的检查刀盘刀具损坏及磨损情况，排除后续施工隐患，保证设备安全。 (3)实践证明西安地区的无水砂层密实度较好，盾构 ,ID:7457,机长期停机仍能保持可控的盾构姿态。 输入，此时计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应 谱法的较大值;?当需要更高保证率时，应选用数量更多的地震—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 波，如五组实际记录和两组人工时程曲线，此时计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。2.5地震波转动分量 实际地震波一般有6个分量，即沿3个相互垂直轴的平动分量α和绕3个相互垂直轴的转动分量θ，每一分量都具有振幅、频谱、持时三要素。由于受观测条件的限制，目前转动分量的地震记录很少，这种作用一般根据平动分量推测的量级分析对旋转运动做出假定来予以估计。 欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇 (上接) 人们很早就从震害经验中认识到了强震持续时间对结构破坏的重要影响，但早期人们偏重于结构弹性反应的分析，随着研究工作的深入，关于地震波持时特性及其影响的研究逐渐增多。强震持续时间对结构响应的较大影响主要体现在结构的非线性反应阶段。从结构地震破坏的机理上分析，大多数情况下，当结构反应超过弹性阶段后，会产生微小的局部破坏，随着微破裂的持续发展及可能的碰撞将产生进一步的破裂或很大错位、移动或局部倒塌。结构从局部破坏开始到倒塌，往往需要经历几次、几十次甚至几百次往复振动过程，完成这个过程需要经历一段时间，因此从积累破坏效应角度来看，考虑地震动的持时很重要。工程上输入地震波时程曲线的有效持续时间通常采用以下方法确定:?一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止，以保证地震记录最强—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 烈的部分包含在所选持续时间之内;?若仅对结构进行弹性时程分析，则持续时间可相应缩短;若对结构进行弹塑性时程分析，则持续时间可相应延长;?一般有效持续时间可为结构基本周期的5,10倍，即使结构顶点位移可按基本周期往复5,10次。2.4 地震波数量 对于特别不规则的建筑、甲类建筑和高度超限的高层建筑，在用时程分析法进行多遇地震下的补充计算时，现《建筑抗震设计规范》行本着选取尽可能少的样本容量估计地震作用效应值的原则，将地震波的数量确定为两类:?选用不少于两组实际记录和一组人工模拟的时程曲线作为 3结论 合理选择地震波的问题依旧是抗震设计中的难点，它是对结构进行动力时程分析的重要一环，也是客观评价结构抗震性能的重要依据和参考。文中总结的选取地震波所要考虑的主要因素对工程设计及科学研究有一定的借鉴意 ,ID:7409,义。 参考文献: ,1,GB50011,2011，S,(建筑抗震设计规范, ,2,王国权(921台湾集集地震近断层地面运动特征,D,(北京:中 2001(国地震局地质研究所，,3,劭广彪(近断层海底土层地震液化及侧移研究,D,(青岛:中国 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2005(海洋大学，,4,白峻昶，(山西建靳金平(时程分析用地 震波选取的探讨,J, 2007，33(3):62,63(筑， ——————————————————————————————————————