时程分析中地震波输入位置的讨论
谈时程分析中地震波的选取
第43卷第14期山西建筑Vol.43No.142 0 1 7 年 5 月SHANXI ARCHITECTURE May.2017 • 41 •文章编号：1009-6825 (2017)14-0041-03谈时程分析中地震波的选取赵婷婷谭军金春峰(中电投工程研究检测评定中心，北京100142)摘要:介绍了地震动的主要特性及结构抗震设计中需考虑的要素，并分析了人工合成地震波的原因及方法，归纳了时程分析中 几种地震波的选用原则，给出了时程分析中地震波选取的最优方案。
关键词：时程分析,地震波，地震动,反应谱中图分类号:T U311.3 文献标识码:A〇引言地震是一种严重的自然灾害，抗震设防是有效减轻震害的 途径，而抗震设防的首要任务就是地震动的输人。
影响地震的因素有断层位置、震中距、波传递途径的地质条件、板块运 动形式、场地土构造和场地类别等。
在不同的地震作用下，不 同场地得到的地震记录具有较大的区别，即使在同一次地震作用下，同一场地得到的地震记录也不尽相同。
因此，对未来 的地面运动进行准确地预见是很难实现的。
在进行结构时程分析时，对同一结构输人不同的地震波,所得到的计算结果相差甚远。
因此，选择合理的地震波是保证时程分析中计算结果可靠的必要条件。
1地震动的主要特性国内外学者的大量研究表明，虽然对未来地震动进行准确的 定量是难以实现的，但只要所选用的地震波的主要参数能够大体 上符合地震动的主要参数，所得到的时程分析结果可以较为真实 地反映出结构在真实地震作用下的地震反应，计算得到的位移及 内力能够满足工程设计对其精度的要求。
地震动有三要素，分别为地震动的幅值、频谱特性和持续时间。
1.1 地震动幅值地震动幅值可以是地震动加速度、速度或位移中三者之一的 峰值或某种意义下的等代值[1]，是对地震动强度最为直观的描 述。
加速度峰值(P G A)为加速度时程的最大值，通常为地震动高 频成分的幅值，大量研究表明：由于高频地震波只存在于震源附 近，在传播过程中衰减较快，且与建筑物自振频率相差较大，对建 筑物的影响较小。
时程分析法输入地震记录的选择与实例_邓军
时程分析法输入地震记录的选择与实例邓 军 唐家祥(华中理工大学土木建筑工程学院 武汉 430074)摘 要:从场地条件、设防烈度、持时及地震记录的反应谱与规范反应谱的拟合程度等方面考虑,提出了一种为时程分析法选择实际地震记录的方法。
经实际工程检验,其结果符合规范要求。
关键词:时程分析法 地震记录 反应谱C HOICE AND MEASUREMENT OF SEISMIC RECORDS FOR TIME -HISTORY ANALYSISDeng Jun Tang Jiaxiang(College of Civi l Engineering,Huazhong University of S cience and Technology Wuhan 430074)Abstract :Accordi ng to the site condition ,the fortified intensity,the duration,an d the fitting degree between theresponse spectra of seismic records and those of the code,this paper presents one w ay of selecting seismic records for time -history analysis method.In practical applications,the results satisfied the code.Keywords :time -history analysis method seismic records response spectrum第一作者:邓 军 男 1975年4月出生 硕士收稿日期:1999-11-090 前 言我国新修订的2000年5建筑抗震设计规范6[1](以下简称/规范)第51112条第三款规定符合表3.4.3的不规则建筑、甲类建筑和表5.1.2所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行补充计算。
ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例
ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例地震反应分析是工程结构设计中非常重要的一项内容，ABAQUS是一款常用的有限元分析软件，可以用于进行地震反应分析。
下面将通过一个简单的实例来介绍ABAQUS中的时程分析法计算地震反应的方法。
假设我们要计算一个两层楼的简化结构在地震作用下的反应。
该结构由两根弹性细杆组成，分别代表两层楼板的水平支撑，两层楼板分别由质点模拟。
结构的初始状态为静力平衡，无任何位移和速度，没有外力作用。
我们将利用ABAQUS中的时程分析法来计算结构在地震作用下的运动。
1.组建模型首先，我们需要在ABAQUS中组建结构的有限元模型。
在ABAQUS中，我们可以使用CONNECTION命令来定义模型的节点和单元。
在本例中，我们定义了两个节点表示两层楼板的连接处，再使用ELEMENT命令定义两根弹性细杆，将两个节点连接起来。
这样就创建了一个简化的两层楼模型。
2.定义材料和截面属性在ABAQUS中，我们还需要定义模型的材料和截面属性。
在本例中，楼板部分可以使用线性弹性材料进行模拟，我们可以使用ELASTIC命令定义材料的弹性模量和泊松比。
而弹性细杆可以使用线性弹性的截面，我们可以使用SECTION命令定义截面的几何特性和材料特性。
3.定义边界条件为了模拟地震作用下的结构反应，我们需要定义结构的边界条件。
在本例中，我们希望模型底部节点固定，即节点的位移和旋转均为零。
我们可以使用BOUNDARY命令来定义节点的边界条件。
4.定义地震荷载在ABAQUS中，我们可以使用ACCELERATION命令来定义地震的加速度时程。
地震时程是描述地震波动过程的函数，通常由科学家通过实测数据进行获取。
在本例中，假设我们已经获取到地震波动的加速度时程，并将其转换为ABAQUS可用的格式。
5.设置时程分析参数在进行时程分析之前，我们还需要设置模型的时程分析参数。
在ABAQUS中，我们可以使用STEP命令设置分析的步数、步长和加载参数。
简述时程分析法
[转]时程分析法来源：潘宇翔的日志时程分析法又称直接动力法，在数学上又称步步积分法。
顾名思义，是由初始状态开始一步一步积分直到地震作用终了，求出结构在地震作用下从静止到振动以至到达最终状态的全过程。
它与底部剪力法和振型分解反应谱法的最大差别是能计算结构和结构构件在每个时刻的地震反应(内力和变形)。
当用此法进行计算时，系将地震波作为输入。
一般而言地震波的峰值应反映建筑物所在地区的烈度，而其频谱组成反映场地的卓越周期和动力特性。
当地震波的作用较为强烈以至结构某些部位强度达到屈服进入塑性时，时程分析法通过构件刚度的变化可求出弹塑性阶段的结构内力与变形。
这时结构薄弱层间位移可能达到最大值，从而造成结构的破坏，直至倒塌。
作为高层建筑和重要结构抗震设计的一种补充计算，采用时程分析法的主要目的在于检验规X反应谱法的计算结果、弥补反应谱法的不足和进行反应谱法无法做到的结构非弹性地震反应分析。
时程分析法的主要功能有：1)校正由于采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差。
特别是对于周期长达几秒以上的高层建筑，由于设计反应谱在长周期段的人为调整以与计算中对高阶振型的影响估计不足产生的误差。
2)可以计算结构在非弹性阶段的地震反应，对结构进行大震作用下的变形验算，从而确定结构的薄弱层和薄弱部位，以便采取适当的构造措施。
3)可以计算结构和各结构构件在地展作用下每个时刻的地震反应(内力和变形)，提供按内力包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力配筋最大值进行配筋这两种方式。
总的来说，时程分析法具有许多优点，它的计算结果能更真实地反映结构的地震反应，从而能更精确细致地暴露结构的薄弱部位。
时程分析法有关的几个问题：1、恢复力特性曲线；恢复力特性曲线应用于计算必须模型化，常用的有双线型模型与退化三线型模型；退化三线型模型〔附图〕能较好地反映以弯曲破坏为主的钢筋混凝土构件的的特性，所以适用于此类构件计算。
2、结构计算模型与分析方法；3、地震波的选用；4、时程分析计算结果的处理。
高墩桥梁抗震时程分析输入地震波选择_王东升
（ 1）
式中： ε w 为反应谱平台段的均值相对误差 ； ε T 为结构 各阶周期 点 附 近 谱 值 的 均 值 相 对 误 差 的 加 权 平 均 ； 珔 0． 1 ， T g］范围内地震波放大系数谱 均 值； β w （ T） 为［ 珔 0． 1 ， T g］ β（ T） 为［ 范围内规范放大系数谱平台值； ε Ti 为结构第 i 阶自振周期 T i 附近谱值均值的相对误差； 珔 β Ti （ T） 为结构第 i 阶自振周期 T i 附近地震波放大系 数谱均值； 珔 β i （ T） 为结构第 i 阶自振周期 T i 附近规范 放大系数谱均值； N 为考虑的结构振型数， 一般取贡献 较大的前几阶振型； λ i 为结构第 i 阶自振周期 T i 对应 可以用归一化的振型参与系数表 的均值误差的权值， T i － Δ T1 ， T i － ΔT2］为结构第 i 阶自振周期 T i 附 示； ［ 近的取值范围， 取 ΔT1 = 0． 2s， ΔT2 = 0． 5s。 T g 为反应 谱特征周期。 有必要对式（ 1 ） 中加权系数 λ i 作适当解释： 一般 情况下振型参与系数与振型归一化方法相关， 其可 ［11 ］ 正、 可负且依振型无序排列。为此胡聿贤院士 提出 了利用无量纲振型计算的归一化振型参与系数 λ ： λi
图3 Fig． 3 图2
中硬土场地反应谱与Ⅲ类场地设计反应谱的比较 Fig． 2 Spectra of selected ground motions and code in hardsoft site
软土场地反应谱与Ⅳ类场地设计反应谱的比较
Spectra of selected ground motion and code in soft site
比较。总体上看： 中硬场地和软土场地分别与 Ⅲ 类、 Ⅳ类场地符合很好； 硬土场地和 Ⅱ 类场地符合较好； 而 I 类场地设计谱在周期 0． 3 ～ 2s 范围内与硬土场地 后者谱值略高， 工程应用看将 平均谱符合不是很好， 偏于安全。
弹性动力时程分析地震波选取方法探讨
弹性动力时程分析地震波选取方法探讨摘要：本文根据珠海市某超限高层弹性动力时程分析结果，探讨了选波方法。
研究表明，采用小样本容量的地震波输入时，天然波输入数量的增加可以降低地震波的总体离散性，按规范推荐的比例输入三向地震波加速度是合理的。
关键词：结构设计；弹性动力时程分析；地震波Abstract: in this paper, according to the Zhuhai city high-rise overrun elastic dynamic time-history analysis results, discusses the selection of wave method. Studies show that, using the small sample size of earthquake input, natural wave input quantity increase can reduce the overall dispersion of seismic wave, according to the standard recommended proportional input three to seismic wave acceleration is reasonable.Key words: structural design; elastic time-history dynamic analysis; seismic wave近年来，随着我国社会经济的发展，各类高层建筑在全国各地日益增多。
它们新颖别致、多样化、复杂化和独特个性等特点给城市带来崭新面貌的同时也给高层建筑结构设计者带来了严峻的挑战。
《建筑抗震设计规范》[1]第5.1.2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第4.3.4条规定了高层建筑应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充验算的范围。
本文对珠海市某超限高层建筑进行弹性动力时程分析，探讨地震波的选取方法。
时程分析中地震波输入位置的讨论
时程分析中地震波输入位置的讨论摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系，能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程，是抗震分析的一种重要方法[1]。
目前有限元软件可以实现结构的时程分析，但是在不同的软件中，其实现方式不同，主要区别在地震波的输入位置不同。
本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析，对比结构相同位置的时程位移曲线，结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中，结构的地震响应基本一致。
关键词：时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same.Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls一、引言在时程分析等动力学问题中，地震力以加速度形式从基础固定处输入。
地震动输入解读
采用能适合成批处理的震例，该震例可以很好地解释震例中普遍现象的一个修正了的地 震波，其结果在数值上、概念上都能很好地符合现行的理论认识。这样就能够克服第一 种方法中地震波输入带来的偶然性巧合或误差。
人工合成地震波
采用人工地震波拟合给定的反应谱作为输入。现有的地震记录大都是在地表测得的，而 现今相互作用分析大都近似假定地震波为竖向传播的剪切波，且由地面地震记录反演地 下某一标高的土层地震运动，也是基于这个假定；因此这也是一种可行的方法。 Housner[26]最早用随机过程理论来模拟地震波时程，然而将地震动过程看成平稳随机过 程，只能进行单点平稳加速度时程的合成。谱拟合人工地震动的合成最早由麻省理工学 院完成[27]，该方法提出较早，得到了广泛应用，但收敛精度较差[28]。为提高地震动谱拟 合精度以及考虑地震动的非平稳，国内外学者进行了不断的改进[17、28、29]，完善了谱拟 合人工波合成方法。
规范中对地震动峰值加速度的释义是：地震动过程中，地标质点运动加速度的最大 值。对设计地震加速度的释义是：由专门的地震危险性分析按规定的设防概率水准 所确定的或一般情况下与设计烈度相对应的地震动峰值加速度。
一般情况下，工程中应当依照国家有关部门颁布的《中国地震烈度区划图》确定的 坝址所在地的基本烈度作为设计烈度。在规范中规定了地震烈度所对应的地震动峰 值加速度。对基本烈度（50年超越概率10％、重现期475年）为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度的场 地分别对应于0.1g、0.2g和0.4g的峰值加速度，其中g是重力加速度值。对重要大 坝则需将设计地震加速度的水准提高到100年超越概率2％、重现期4950年。
参数问题
参数问题
地震持时
地震作用是一个时间过程，地震规模越大震源断层破坏面越大，破坏空间范围越广，破 坏过程时间越长。强地震动的持续时间在震害发生时对结构的影响，主要发生在结构反 应进入非线性化之后，持时的增加使出现较大永久变形的概率提高，持时愈长，则反应 愈大，最终产生震害的积累效应。
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时程分析中地震波输入位置的讨论
摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系，能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程，是抗震分析的一种重要方法[1]。
目前有限元软件可以实现结构的时程分析，但是在不同的软件中，其实现方式不同，主要区别在地震波的输入位置不同。
本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析，对比结构相同位置的时程位移曲线，结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中，结构的地震响应基本一致。
关键词：时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙
Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same.
Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls
一、引言
在时程分析等动力学问题中，地震力以加速度形式从基础固定处输入。
由于结构的刚度不是无限大，在结构上的加速度反应与基础输入的加速度并不相同。
在很多时候，结构的加速度比基础输入的加速度更大，即对输入的加速度有一个动力放大效应。
在单自由度弹性体系中，体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值，即称为动力系数[2]
（1）
动力系数与结构的动力学特性和输入的地震波的频率特性有关。
它与地震系数k的乘积即为单自由度体系的地震影响系数。
因此，从原理上讲，时程分析是将地震波的加速度时程曲线作用到结构的基础约束处，得到上部结构的各种地震反应。
但是在不同的软件中，其实现方
式是不一样的[3]。
在ANSYS和ADINA等软件中，地震波是加到所有质点上的，与处理重力的方法一样，只不过重力方向是向下，而地震荷载的方向是地震作用的相应方向；在MIDAS中，地震波是自动确定加在底部约束处的，确切的说是所定的地面的位置；在ABAQUS中，两种加载方式都是可行的。
本文通过在ABAQUS中分别采用两种不同的加载方式，来比较二者的结果是否一致。
二、有限元软件算例分析
1. 工程概况
天津市某钢筋混凝土剪力墙住宅楼，建筑面积3628.8，一梯三户。
建筑纵向长48.0m，横向长12.6m。
建筑层高3m，总高54.6m。
结构平面布置如图所示1所示。
图 1 结构平面布置图
2. 有限元模型的建立
ABAQUS分析模型如图1所示。
模型尺寸和实际结构尺寸一致，根据已有建筑图，绘制轴线图，导入ABAQUS。
楼板和墙体都采用S4R壳单元建模。
将楼面荷载折算为楼板的密度考虑，建立标准层Part，然后组装成整体，层与层之间采用tie约束。
在一层底部施加固端约束，楼板按弹性楼板考虑。
图2 结构模型图
图3 1940，El Centro Site，270Deg
图4 结点最大动位移时程曲线
3. 结果分析
以地震波El Centro (1940, El Centro)波为地震输入，地震波的时间—加速
度曲线如图3所示，对该结构进行弹性时程分析。
分别采用两种加载方式求得最大结点动位移和底部剪力的时程曲线，如图4、5所示。
地震作用下结构层最大位移、层间位移如表1及图6所示。
从图中可以看出两种加载方式得出的各项地震作用计算结果是基本一致的。
图5 底部剪力时程曲线
表1X向地震作用楼层位移
图6 楼层最大位移
三、结论
约束处加载的方法与实际情况一致，更容易理解。
但是由于约束处施加了加速度，约束结点的位移并不为零。
因此计算结构的结点位移反应时，需求其相对位移，即实际位移减去约束处位移。
另外，由于约束点是运动的，采用此加载方式时无法将地震作用与其他荷载同时施加到结构上。
要将地震作用与其他荷载同时施加到结构上，约束点或者基础是不能动的。
对于不动点，地震波是加不上去的。
但是根据惯性原理，整个上部结构的所有质点都同时感受到相同的地震波作用，所以，把地震加速度加到上部结构所有质点上同样可行。
参考文献
[1] 薛素铎，赵均，高向宇，建筑抗震设计，科学出版社，2003
[2] 李爱群，高振世，工程结构抗震设计，北京：中国建筑工业出版社，2005
[3] ，结构理论与工程实践中华钢结构论坛精华集，北京：中国计划出版社，2005
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。