时程分析中地震波选取浅析
动力弹塑性时程分析技术抗震应用阐述
动力弹塑性时程分析技术抗震应用阐述高层建筑是当前建筑的主要形式，新材料、新技术的应用使得建筑质量提高，功能越来越齐全。
但其结构设计也更复杂，施工难度加大，因此对其抗震施工技术提出了更高的要求。
高层建筑的投资数额较大，周期也相对较长，而动力弹性时程分析技术是一项综合性较强的技术工作，涉及每一个环节，一旦出现问题，必将影响到施工质量。
从而延误工期，甚至引发安全事故，带来严重的损失。
所以，在施工过程中，必须加强建筑结构抗震设计中对动力弹塑性时程分析技术的应用，进而保证及时解决潜在的隐患。
1.动力弹塑性时程分析技术概述弹塑性时程分析方法可以有效的将结构作为弹塑性振动体系进行相应的分析，并通过对地震波数据在地面运动中的输入应用，可以有效的进行下一步的积分运算，进而可以得出地面加速度随着时间的变化而发生的变化，同时，还可以得出结构的内力与变形随着时间的变化而变化的整个过程。
动力弹塑性时程分析技术的应用通常有以下几个步骤：第一，通过对几何模型的建立，进而实现网格的划分工作；第二，对材料的本构关系进行确定，并根据各个构件自身的单元类型及材料类型的确定，进而对结构的质量、刚度及阻尼矩阵进行确定；第三，根据本场地的地震波，并对模型的边界条件进行定义，进而得出相应的计算结果；第四，根据计算所得出的结果进行进一步的处理工作，并根据处理的结果进行结构整体性可靠度的评估。
2 高层建筑动力弹塑性时程分析技术管理现状2.1材料设备管理中的问题材料是建筑的基础，现代化高层建筑用途不同，所用的材料也千差万别，加上各种新型材料日新月异，种类繁多，管理十分复杂。
如果购置时质检把关不严、储存方式不合理，很容易出现材料不能及时供应等情况，或导致材料性能下降，或与工程技术要求不相符。
各项机械设备、电气设备也是施工中不可或缺的元素，由于制度不健全、监督不严，存在着违规操作等不规范行为，这就导致动力弹塑性时程分析技术在实际的工程施工过程中不能得到有效的反应。
桥梁动力时程分析中地震波的选用
有效值 。地面运 动强烈 程度最直观的描述 参数是 速度 峰值 Ｐ Ｖ Ｇ、 加速度峰值 Ｐ Ａ和位移峰值 Ｐ Ｄ， 国 ＪＧ ＴＢ ２０ —０ ８公路 Ｇ Ｇ 我 Ｔ ／ ０ — １２０
桥梁抗震设计细则采用峰值加 速度 Ｐ Ａ， 于本 桥 ， Ｅ Ｇ 对 在 ２地震 作 用下 ， 时程分析所用地震加速度时程 曲线 的最大值 ：
值速度 的定义 ， 阻尼 比为 ５ 将 ％的加 速度 反应 谱 在周 期 ０ １ｓ ． ～
０５Ｓ 间平均为一常数 Ｓ ， ． 之 。速度反应谱在 １ｓ 周期附近平均为一
否 否
先计算 Ｅ Ａ，Ｐ Ｐ ＥＶ
据 此计 算
￣
并比较
－ － －
￣
ｎ
．
二
一——＝ 二—！ ｌ —］夏二 — 一 持时 判断
— —
厂 甬薛福
与设计反应谱 分析结果比较 是
地震基本烈度 为 ８度 ， 震动峰值 加速 度为 ０ ２ ｇ 场地土类别 为 地 ．０ ， Ⅲ类 。根据《 公路桥梁抗震设计细则》 ３ １ ， 的 ． 条 本桥抗震设防类别
ＰＧ ＝Ｃ Ｃ Ｃｄ Ａ ｉ Ａ＝ １ ３×１ ２×１ ０×０ ２×９． ． ． ． ． ８：３ ０ ７ ６ ｍ／ ．５ ｓ。
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。
建筑结构时程分析法中天然地震波的选择
０ 引 言
作 为高层 建筑 和重 要结 构抗震 设计 的一种 补 充 计算 ， 用 时程 分 析法 的主要 目的在 于 检 采
验规 范反应谱 法 的计算 结果 、 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 弥
震 反应 分析 。而且 ， 用 时程 分 析法还具 有许 多优 点 ， 采 其最 主要 的是 它 的计 算结 果能更 真实 地
足现 行抗 震设 计有关 规范 （ ５ ０ １ ２ ｉ ） ＧＢ ０ １ － ０ ０ 或地震 安全性 评价 中经 土层 反应 分 析得 到相 应结 果 的相关 要求 。
１ １ 选 择地 震记 录时应 充分 考虑 建筑物 所在地 的场 地特性 ．
地震 波有 自己的特性 ， 而结 构也 有 自身动 力 特性 ， 且 位 于特 定 场地 土 上 。 比如 ， 软 土 并 将 场 地波 作用到 刚性 场地 上 ， 之结 构具有 共振效 应 ， 加 刚性结 构在 高频 分量为 主 的地 震波 激励下 可能获 得较 强烈 响应 ， 性结 构在 低频分 量 为 主 的地震 波 激励 下 可 能获 得 强烈 响应 。在选 择 柔 地震 波 时 ， 需要 了解其 在 何 种 场地 上 获得 ， 谱 特性 如 何 ， 频 在结 构 所在 场 地 可否 重 现 （ 林建 生
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第 ３ ２卷 第 ４期
２１ ０ １年 ８月
ＳＥＩ ＳＭ ０ Ｌ０ ＧＩ ＣＡ Ｌ ＮＤ Ａ ＧＥ０ Ｍ ＡＧ ＮＥＴＩ Ｃ ０ＢＳ ＲＶＡＴＩ Ｅ ＯＮ ＡＮＤ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ
Ｖ０１ ２ ＮＯ ．３ ．４ Ａ ｕｇ ． ２ １ ０１
ｄ ｉ１ ． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０ —２ ６ ２ １ ． ４ ０ ５ ｏ：０ ３ ６ ／ ． ｓ． ０ ３３ ４ ． ０ １ ０ ． ０ ｓ
弹性动力时程分析中地震波的选取方法研究
摘 要 ： 建筑结 构进 行 弹性动 力 时程 分析 时 ， 了既 能让 设计 人 员易 于操作 ， 对 为 又能在 地 震 波 选取
方 面不 失合 理性 ， 根据 上 海市 某超 限高层 结构设计 实例 的弹性动 力 时程分析 结果 ， 讨 了具 有 实际 探 工程 意 义的选 波方法。研 究表 明 ， 无论 是基底 剪 力还 是基 底 弯矩 ， 震波三 向输入 的 结构响 应均 比 地
第２ 第１ ９卷 期
２ １ 年 １月 ０２
河 北 工 业 科 技
Ｈｅ ｅ ｏ ｒ ａ ｆＩｄ ｓｒａ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｂ ｉ ｕ ｎ ｌ ｎ ｕ ｔｉｌ ｉｎ ｅａ ｄＴｅｈ ｏｏ ｙ ．
Ｊ ｎ ２ １ ａ． Ｏ ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｌｓｉ ｔ －ｉｔｒ ｙ ａ ｃａ ａｙ ｉ ｆｒｂ ｉ ｉｇｓｒ ｃｕ ｅ ，ｂ ｔ ａ ｙ ｔ ｐ ｒｔ ｎ ａｉｎ ｌ ｙ ｉ ｖ ｓｓｌｃ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｅａ ｔ ｉ ｈｓｏ ｙ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌｓｓ ｏ ｕｌ ｎ ｔｕ ｔｒ ｓ ｏ ｈ ｅ ｓ Ｏｏ ｅａｅａ ｄ ｒｔ ａｉ ｎ ｗａ ｅ ｅｅ。 ｃ ｍｅ ｄ ｏ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｌｓｉ ｔ － ｉｔ ｒ ｙ ａ ｃａ ａｙ ｉ；ｅ ｒｈ ｕ ｋ ｖ ；ｓｌｃｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｅａ ｔ ｉ ｈｓｏ ｙｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌｓｓ ａ ｔ ｑ ａ ｅｗａ ｅ ｅｅ ｔ ｃ ｍｅ ｏ
ＣＨ ＥＮ ｎｇ ｈ ．ＧＵＯ ａ — ｉ ｎ 。 Ｋａ — ｕａ Ｙｕ ｎ ｘ ａ ｇ ’
（ ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｖｌＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ｎ。 ｏ ｔ ｉａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ．Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ａ ｇ ｏ ｇ ５ ０ ４ ， ｉ ａ ． １ Ｓ ｈ ｏ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ｎ ｒ ｎ ｐ ｒａ ｉ ｏ Ｃｉ ｎ ｏ Ｓ ｕ ｈ Ｃｈｎ ｉ ｅｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ Ｔ ａ ｇ ｈ ｕ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ １ ６ １ Ｃｈ ｎ ；２
时程分析地震波选取问题
= 35cm / s 2
= 70cm / s 2
= 140cm / s 2
间)的地震波.
7. <<抗震规范>>第 5.1.2 条也对时程分析做了进一步的解释.其中有
一条: “时程分析中加速度有效峰值按照规范表 5.1.2-2 中所列地震加
速度最大值采用,即以地震影响系数最大值除以放大系数(约 2.25)得 到.” 这就涉及到地震影响系数α max 是如何取值的. 我们知道水平地震作用的基本公式为
水平地震影响系数.
水平地震影响系数
地震烈
6
7
8
9
度
地震系
0.05× 0.35× 2.25 = 0.04
0.1× 0.35× 2.25 = 0.08
0.2 × 0.35× 2.25 = 0.16
0.4 × 0.35× 2.25 = 0.32
数k
现在就明白为什么时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值的
由来.做时程曲线分析的时候,所输入的地震波的峰值应该是
为:
β = 2π 1
T
..
x0
∫t
..
−ζ
x0 (τ )e
2π (T −τ ) T
sin
2π
(t
−τ )dτ
0
T
max
max
它实际上就是就是相对于地面最大加速度的加速度反应谱.我国的规
范取值为 β max = 2.25 .
另外我国规定在第一阶段抗震设计的时候是按照多遇地震承载力验
算,此时的地震系数 k 就取基本烈度的 0.35. 这样就得到了各烈度下,
时程曲线地震加速度时程曲线的最大值
地震烈度
6
7
地震波的选取方法
地震波的选取方法2010-10-20 22:32:00| 分类：默认分类|举报|字号订阅建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。
频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。
这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。
特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。
加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。
地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。
持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。
持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。
不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。
说明:有效峰值加速度EPA＝Sa/2.5 （1）有效峰值速度EPV＝Sv/2.5 （2）特征周期Tg = 2π*EPV/EPA （3）1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。
上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。
弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则(转载)
弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则地震动具有强烈随机性，分析表明，结构的地震反应随输入地震波的不同而差距很大，相差高达几倍甚至十几倍之多。
故要保证时程分析结果的合理性，必须合理选择输入地震波。
归纳起来，选择输入地震波时应当考虑以下几方面的因素：峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量，其中，前三个因素称为地震动的三要素。
1、峰值调整地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波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，否则应按下式对该地震波的峰值进行调整。
A′(t) = (A′max/Amax) A (t)其中，A′(t) 和A′max分别为地震波时程曲线与峰值，A′max取设防烈度要求的多遇或罕遇地震的地面运动峰值; A (t) 和Amax分别为原地震波时程曲线与峰值。
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。
地面运动的特性测定表明，不同性质的土层对地震波中各种频率成分的吸收和过滤的效果是不同的。
一般来说，同一地震，震中距近，则振幅大，高频成分丰富;震中距远，则振幅小，低频成分丰富。
因此，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距很远或当冲积土层很厚而土质又较软时，由于地震波中的短周期成分被吸收而导致长周期成分为主。
合理的地震波选择应从两个方面着手：1) 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。
2) 所输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。
3、地震动持时地震动持时也是结构破坏、倒塌的重要因素。
结构在开始受到地震波的作用时，只引起微小的裂缝，在后续的地震波作用下，破坏加大，变形积累，导致大的破坏甚至倒塌。
有的结构在主震时已经破坏但没有倒塌，但在余震时倒塌，就是因为震动时间长，破坏过程在多次地震反复作用下完成，即所谓低周疲劳破坏。
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时程分析中地震波选取浅析
通过介绍时程分析法中输入地震波的选择原则、地震动幅值和频率特性等一系列问题，使初学者对输入地震波的选择有初步认识和了解，为以后更深层次的研究打下基础。
标签：时程分析法；地震波选择
1、引言
随着社会、经济和科技的不断发展以及人口数量的迅速膨胀，高层、超高层以及复杂形状的建筑的数量定会快速增长。
抗震设计规范规定，对于此类重要、复杂并超过规定高度的建筑，其抗震设计中的地震作用计算都要通过时程分析法进行补充验证。
而在时程分析法的计算过程中最重要，最影响地震作用计算结果的莫过于地震波的选取。
所以，本文将从地震波选取原则、地震动幅值、频谱特性、持续时间、地震波数量、地震波转动分量等多个方面对地震波的选取进行浅析。
2、地震波的选取原则
时程分析中的地震波如何选取的问题，一直是时程分析法中的一个难点。
在选择地震波输入时，要满足两点要求：
1）首先要使选择输入的地震波的某些参数和建筑物所在地的条件相一致。
参数主要包括：场地的土壤类别、地震烈度、地震强度参数、卓越周期和反应谱等。
2）其次还要满足地震活动三要素的要求。
即频谱特性、地震加速度时程曲线持续时间和幅值，选取的地震波中的这三者，要满足相关规定。
相关规定要求：选用数字化的地震波应按照建筑场地类别和设计地震分组进行选取，选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱分析法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。
在统计意义上相符是指：其平均地震影响曲线与振型分解反应谱法所用到的地震影响系数曲线相比，在各个周期点上相差不大于20%。
弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%。
多条时程曲线计算结果的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%[1]。
3、地震动幅值
地震动幅值有两种意义，即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一种的最大值，又可以指在某种意义下的等代值。
在一定程度上，地震波的峰值能够反应并代表地震波的强度，所以，建筑物所在地的设防烈度所要求的多遇地震或罕
遇地震的最大值应与输入地震波的主振型的最大值相当，否则应该按下式对地震波的最大值进行调整。
其中，为相应烈度下统计的地面运动值；分别表示调整后的地震波时程曲线；
为选出地震记录的最大峰值；为选出的地震波时程曲线[2]。
4、频谱特性
频谱的定义是地面运动的频率成分及各频率的影响程度。
建筑物所在地的土地性质、地震的传播区域、地震的传播距离以及地震的传播介质对地震波的频谱特性都有很大的影响。
很多次现实中的地震记录表明，当某地发生地震时，同一震区的不同建筑会有截然不同的地震损害表现。
这说明不同频谱组成的地震动，在不同的条件下，对不同自振周期的结构物，会产生不同程度的震害。
满足频谱要求下的地震波选取的方法：1）尽可能使拟建场地特征周期与选取输入地震波的卓越周期保持一致。
2）尽可能使拟建场地的震中距与选择输入地震波的震中距保持一致[2]。
5、持续时间
对结构的响应产生较大影响的地震性质还包括地震动持时这一方面，尤其是地震过程中弹塑性反应阶段（即非线性反应阶段）的持时。
当结构进入弹塑性反应阶段后，局部會产生微裂纹，从而产生应力的集中，进而使破裂在应力不变的条件下继续增大，使结构体系发生进一步的变化。
再加上局部的碰撞，使得结构会发生移动、错位、甚至倒塌的现象。
结构物从微破裂到倒塌是一個不断累积的过程，所以，从累积效应看，地震动的持时对结构的地震响应有很大的影响。
时程分析时确定选取地震波的有效持续时间的方法：
1）选取的持续时间应包含地震记录的最强烈部分。
2）一般取结构基本周期的5倍～10倍作为地震动持续时间。
3）当仅对结构进行弹性时程分析，持续时间可取短些；当对结构进行弹塑性时程分析或耗能过程分析时，持续时间可取长些[3]。
6、地震波转动分量
一般来说，地震波实际上有6个分量，即沿3个相互正交的轴的平动分量和绕其转动的3个转动分量。
但由于目前观测条件的不足，有关转动分量的地震记录较少，所以转动作用一般要根据平动分量推测的量级分析为依据，进而对旋转运动做出假定来估计。
7 、地震波数量确定
根据相关规范规定，选取输入地震波数量的确定为两类：
1）当选用一组人工模拟的时程分析曲线和选用两组或多于两组的实际记录的时程分析曲线作为输入时，此时计算结果宜取振型分解反应谱法的较大值和时程法的包络值；
2）当需要更高保证率时，应选用数量更多的地震波[1]。
结语：
地震波的选用对时程分析法的计算结果有着决定性的影响，所以在地震波选用过程中，上述提到的几个方面都应被密切关注，以保证计算结果的准确性。
相信在不久的将来，地震波的选用一定会做出巨大的突破，时程分析法的准确性和可依赖性，能够更上一个台阶。
参考文献：
[1]GB50011─2010，建筑抗震设计规范[S].
[2]杨川丁.浅析动力时程分析中地震波的选取[J].四川建材，2012，38（3）：52-52.
[3]胡文源，邹晋华.时程分析中有关地震波选取的几个注意问题[J].江西理工大学学报，2003，24（4）：25-28.
周兆辉（1998-），男，汉族，山东莒县人，本科在读，聊城大学建筑工程学院聊城252059，从事工程结构防灾减灾研究。
苏志彬（1980-），男，汉族，河北景县人，讲师，聊城大学建筑工程学院聊城252059，从事工程结构防灾减灾研究。
本项目得到“聊城大学大学生科技文化创新基金资助，项目编号：26312172806”。