[地震波][选波] 时程分析地震波选波介绍

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记得是很久之前,小伙伴让我整理的选波教程。最近整理电脑发现,就整理到网站上吧。写得比较简单,有需要的可以参考一下。

  • 时程分析选波教程

选波,简单来说,就是选取与场地特性符合的地震波进行时程分析。结构的场地特性包括很多,其中目标反应谱算是一个比较综合的特性也是与结构设计最紧密相关的一个特性。因此,目前选波可以狭隘的理解为选取与目标反应谱吻合的地震波。当然,实际上并不仅仅是这条,只是这条会最为重要。以下简单说说一般情况下的选波流程及几个与选波有关的话题。

  • 选波基本流程

选波过程主要包括 5 步:

(1)确定结构基本参数

(2)确定设防烈度、地震分组,场地土类别等主要参数

(3)确定需要匹配的目标反应谱

(4)确定需要控制的其他参数

(5)筛选与目标反应谱匹配且与控制参数吻合的地震波

就这样选波就完成了。

  • 结构的基本参数

与选波相关的最主要的结构基本参数是,结构的前三阶周期,第一阶周期最主要。因为地震波很难整个反应谱范围均与目标反应谱吻合,因此一般均是控制结构主要周期范围内地震波反应谱与目标反应谱不要相差过大。

  • 确定设防烈度、地震分组,场地土类别等主要参数

这些参数列出来,主要是这些参数与目标反应谱的确定有关。

  • 确定目标反应谱

以中国规范为例,如下图,反应谱的确定与设防烈度,场地类别,地震分组有关。如果是选用其他国家的反应谱,那就按其他国家的规范要求来指定。

对于中国反应谱,可以在 www.jdcui.com 下载  [软件][规范]GB-SPECT: Chinese Code’s Design Response Spectrum[中国规范反应谱生成程序] GB-SPECT 软件来生成。

  • 确定需要控制的其他参数

定义好目标谱后,还需要根据具体的研究目的,确定其他辅助的控制参数。

  • 断层距与速度脉冲

研究近场与远场的地震波,那通常需要控制一下地震波的脉冲及断层距,因为一般情况,近断层的会有脉冲特性,远场波一般是无脉冲特性。因此,可以增加一个断层的控制要求。

一般地震波数据库,如 PEER 的地震动数据库会给出这个地震波的断层距。如果是利用 PEER选波,可以加入断层距这个控制参数。另外,PEER 数据库还直接给出了地震波是否具有脉

冲的参数,也可以进行勾选。一般情况,如果不是为了分析脉冲,那就不要选脉冲波。否则计算响应可能会过大。

  • 土层的等效剪切波速

控制场地特性的另外一个比较直接的参数是场地土的剪切波速。美国用 V30,中国用V20,即覆盖层 20m 计算深度范围的等效剪切波速。如果是按中国规范,一般需要对 V20 和

V30 参数进行换算。一般地震波数据库,如 PEER 的地震动数据库会给出这个参数,但 PEER给出的是 V30。

  • 地震事件

一般情况,当选波数量不太多的时候,一般均要求同一个地震事件选的波不要超过 2 组。当然如果你本身选很多天然波,那这个可以适当放开。主要是避免选择相同属性的波。

  • 什么是反应谱与目标反应谱匹配?

我国规范《抗规》《高规》对于匹配的定义是,所选的地震波平均反应谱在结构主要周期点处于目标反映反应谱相差不大于 20%。美国规范 ASCE7-10 的则是规定在 0.2T~1.5T 范围内地震波反应谱与目标反应谱比较吻合,其中 T 是结构的基本周期。其实,总体上概念都是一样,就是结构主要周期点的反应谱值直接影响结构地震力的大小,因此主要控制结构主要周期范围内反应谱的吻合情况。

  • 筛选与目标反应谱匹配且与控制参数吻合的地震波

这个方法也很多。如果是基于 PEER 选波,直接输入目标反应谱,然后指定参数,然后点击搜索即可。如果是需要自己手动进行选波匹配,那需要有以下几步:

(1) 下载地震波

(2) 计算地震波的反应谱

地震波反应谱计算工具可以用,Seismosignal,可以用在校邮箱申请免费版。也可以上 www.jdcui.com,下载 SPECTR 软件: http://www.jdcui.com/?p=1875,也是免费的,进行计算。

(3) 然后将反应谱与目标反应谱进行对比(一般是需要写程序进行对比或者用 EXCEL),然后进行挑选。

  • 关于 PEER 地震波选波及峰值加速度 PGA 的调整要求

另外一个与选波相关的参数是 PGA 的控制。我国规范《抗规》及《高规》进行时程分析时候,均要求对地震波的 PGA 进行一个调整,如下表。这个参数与地震波的匹配有关,即,选波时候,地震波需要先调整到这个 PGA,再进行匹配。而美国规范是对 PGA 没有控制的,

也即进行选波时候,不对 PGA 做控制,而是调整地震波反应谱尽量与目标谱匹配,得到一个缩放系数。然后以这个缩放系数乘以实际地震波,即为最终的时程分析地震波。因此如果用 PEER 直接选波,一般是不满足我国规范要求的。还需要进行前面说的筛选。

  • 哪里可以下载地震波

PEER 地震动数据库:https://ngawest2.berkeley.edu/

日本 K-NET 数据库:http://www.kyoshin.bosai.go.jp/

  • 关于地震波选波及分析的相关网上资料

www.jdcui.com 的地震工程、地震波研究汇总贴:http://www.jdcui.com/?page_id=11949

  • 如何快速选波

如果把上述各个步骤都整理好,就可以达到快速选波的效果。比如 www.jdcui.com的GMS 系统: http://www.jdcui.com/?page_id=6118


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