地震动输入解读
工程结构的地震动输入问题ppt课件
4
– 等效平稳持时 – 累积均方根持时 – 能量矩持时 – 由地震动绝对能量和相对能量综合控制的持时
• 工程持时
2
0 0
O A-1 A-2
10
20
30
40
t (s)
– 反应持时（Response Duration）——反应谱值超 过某给定值的累积时间和
2.5
a(t) (m/s2)
– 屈服工程持时
1.5
10
均方根加速度arms
Ts为强震段持时或等效平稳持时
a2rmsa2
1 Ts
a Ts 2 tdt
0
Mortgat（1979）； Vanmarcke等（1980）
11 谱强度SI
2.5
SI 0.1Sv T, dT Sv为阻尼比为的相对速度反应谱，一般取=0或0.2
Housner（1952）
• 幅值：哪一种幅值都不足以估计地震动的破坏 • 哪一种单一的地震动参数都不足以估计地震动的破坏势
– 必须注意到工程应用的需要
back
3 对现行抗震设计地震动输入的审视
• 设计地震动参数
– PGA和反应谱：对传统特性反映不充分 – 大小震反应谱关系 – 多维输入
非 线 性
等效线性化法
地震动随机模 型或时程集系
同确定性等效线性化法，将非线性方程组用线性方 程组近似等效，等效参数通常由两组方程之差的均 方值为最小通过迭代得出。
近似程度随非线性程度 的增强而变弱。
Markov矢量法和
视结构状态矢量为Markov矢量过程，求解Fokker- 为严密解法。适用于激
Fokker-Planck 方
有效峰值加速度 EPA=Sa/2.5，EPV=Sv/2.5
地震动输入能量谱的研究
第 ２ ８卷 第 ４期
２０ 造
Ｖｏ ． １ ２８． ．４ Ｎｏ Ａｕ ｇ．２ ０ ０６
Ｅ ａ ｑ ａ ｅ Ｒｅｉｔｎ ｇｎ ｅ ｉｇ ａ ｄ Ｒｅ ｒｆ ｔ ｇ ａ ｈ ｕ ｋ ｓｓａ ｔＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｔ ｉ ｉ ｏ ｔｎ
ａ ｅ ．Ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｅｉｐ ｔ ｅｇ ｓｅ ｔ ｓ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｕ ａ ｉｇｒｔ ｈ ｅ ｋｇｏ ｎ ｅｏ ｉ ｏ ｃ ｅｅａｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔｉ ｆｕ ｄｔａ ｈ ｎ ｕ ｎ ｒ ｐｃｒ ｉ ｎ ｔ ｎｉｖ ｏｔｅｖｓｏｓｄ ｍｐｎ ａｉ．ｔｅｐ ａ ｒｕ ｄｖｌｃｔ ｔ ａｃ ｌｒｔ ｎｒｔ （ ｈ ｔ ｅ ｙ ａ ｓ ｔｅ ｅ ｈ ｃ ｏ ｙ ｏ ａｏ
体 系输 入能 量谱 的简 化计 算 方 法 ， 法 较 为 简 便 ， 算 结 果偏 安 全 。 方 计
［ 键 词 ］ 强震 持 时 ； 入 能 量 ； 性 单 自由度 体 系 ；反 应 谱 关 输 线 ［ 图分 类 号 ］ Ｔ ３ １３ 中 Ｕ １． ［ 献标 识码 ］ Ａ 文
Ａｂ ｔａ ｔ Ｍｏ ｔｏ ｕｒ ｎ ｔｏ ｓｉ ｅｉｍｉ ｅ ｉｎ ｏ ｔｕ ｔｒ ｓｒｑ ｒ ｈ ｒｖｓｏ ｆｓ ｆ ｃｅ ｔｓｒ ｎ ｔ ｇ ｉｓ ｎ ｉ ｐ ｔｄ ｓ ｉｍｉ ｆ ｃｓ， ｓ ｒ ｃ ： ｓ ｆｃ ｒｅ ｔｍｅｈ ｄ ｎ ｓ ｓ ｃｄ ｓｇ ｆｓｒｃｕ ｅ ｅ ｕｉ ｔｅ ｐ ｏ ｉｉｎ ｏ ｕ ｆ ｉｎ ｔｅ ｇｈ ａ ａｎ ｔａ ｔ ａｅ ｅｓ ｃ ａ ｅ ｔ ｅ ｉ ｃｉ ｔｅ ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉｇ ｄ ｓｇ ｅ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ａ ｔｒｆｅ ｔｔｅ ｅ ｅ ｔｏ ｕ ａｉｎ． ｈ ｏ ｒｓ ｏ ｄ ｎ ｅ ｉｎ ｒｓ ｏ ｓ ｓ ｅ ｔａ ｃ ｎ’ ｅ ｃ ｈ ｆ ｃ ｆｄ ｒｔｏ Ｅｎ ｒｙ ｂ ｓ ｄ ｓ ｉｍｉ ｅ ｉｎ ｓｋ ｏ ｓ ａ ｌ ｒａ ｉｅ ｄ ｓｇ ｅ ｌ ｅ ｇ — ａ ｓ ｃ ｄ ｓｇ ｉ ｎ ｗｎ ａ ｎ ａｔ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｅ ｅ ｅ ｖ ｍｅ ｈ ｄ ｌｇ ｔ ｏ ｏｏ ｙ．Ａ ｒｍｅｅ ｔ ｄ ｓｃ ｒｉｄ ｏ ｔｗｉ ｎ ｕｔｅ ｅ ｇ ｐ ｃｒ ｆｌｎ ａ ＤＯＦ ｓ ｓｅ ａ ｐ ａ ｔｒｓｕ ｙ ｉ ａｒｅ ｕ ｔ ｉ ｐ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｉ ｅ ｒ Ｓ ｈ ｙ ａ ｙ ｔｍ ｕ ｄ ｒｅ ｒｈ ａ ｅ ｇｏ ｎ ｘ ｔｔｏ ｉ ｔｉ ｎ ｅ ａｔｑｕ ｋ ｒ ｕ ｄ ｅ ｃｉ ｉｎ ｎ ｈｓ ａ
地震反应谱的形成
地震反应谱的形成地震反应谱是描述地震动作用下结构反应的重要工具，它对于地震工程和结构工程领域具有重要意义。
本文将详细介绍地震反应谱的形成过程，包括地震动输入、结构动力学模型、地震动记录的选择与调整、反应谱的计算方法、谱曲线的归一化处理、反应谱的验证与应用以及地震动记录的质量控制等方面。
1. 地震动输入地震动输入是形成地震反应谱的第一步。
地震动是一种复杂的、随时间变化的动力学现象，包含多种频率成分和空间分布。
地震动的输入通常采用地震观测记录或人工地震动记录。
其中，地震观测记录是实地测量得到的地震动的记录，而人工地震动记录则是由地震工程模型试验或数值模拟得到的地震动。
2. 结构动力学模型结构动力学模型是用来描述结构在地震动作用下的动态响应的数学模型。
该模型通常由质量、刚度和阻尼等参数组成，可以用来模拟结构的振动行为。
在形成地震反应谱时，需要根据所研究结构的类型和特点，选择合适的结构动力学模型，并将其与地震动输入进行耦合。
3. 地震动记录的选择与调整在形成地震反应谱时，需要选择具有代表性的地震动记录。
选择的地震动记录应该能够反映地震过程中不同频率成分的能量分布，并且与所研究结构的特点相匹配。
此外，还需要对选择的地震动记录进行调整，以适应不同的结构和场地条件。
4. 反应谱的计算方法反应谱是指结构在地震动作用下的最大反应值与地震动输入的函数关系。
反应谱的计算方法包括时间历程法和傅里叶变换法等。
其中，时间历程法是通过直接模拟结构在地震动作用下的时间历程响应来计算反应谱；而傅里叶变换法则是通过将地震动输入进行傅里叶变换，然后计算结构在不同频率下的响应值，再将其进行逆变换得到反应谱。
5. 谱曲线的归一化处理由于不同结构和场地条件下的反应谱具有不同的量纲和尺度，因此在比较和应用不同反应谱时需要对其进行归一化处理。
归一化处理通常采用最大值归一法，即将反应谱的最大值归一化为1，其他值按比例缩放。
此外，还可以采用其他归一化方法，如对数归一化、平均值归一化等。
地震波输入加速度和频率
地震波输入加速度和频率
地震波是由地球内部的能量释放而产生的一种波动。
它们可以在地球内部传播，并且可以在地表和建筑物中产生震动。
地震波的输入加速度和频率是描述地震波特性的重要参数。
地震波的输入加速度是指地震波在地面上引起的加速度，通常以地震烈度来描述。
地震烈度是根据地震波在地面上引起的震动程度来评定的，它可以用来评估地震对建筑物和结构的影响。
输入加速度的大小直接影响着地震对建筑物的破坏程度，因此在地震工程中具有重要意义。
另一方面，地震波的频率是指地震波中包含的振动频率成分。
地震波的频率可以影响到建筑物和结构的共振情况，当地震波的频率与建筑物的固有振动频率相接近时，就会产生共振现象，从而增加建筑物受到地震波影响的程度。
因此，研究地震波的输入加速度和频率对于地震工程和地震防灾具有重要意义。
科学家们通过对地震波的输入加速度和频率进行研究，可以更好地理解地震波对建筑物和结构的影响，从而设计出更加安全可靠的建筑物和结构，提高地震灾害的防范能力。
总之，地震波的输入加速度和频率是地震工程和地震防灾领域的重要研究内容，它们的研究对于预防地震灾害和保护人们的生命财产安全具有重要意义。
希望未来科学家们能够进一步深入研究地震波的特性，为地震防灾工作做出更大的贡献。
地下结构抗震分析中地震动输入方法的比较研究
地下结构抗震分析中地震动输入方法的比较研究汪精河;周晓军;毛露露;胡鸿运【期刊名称】《现代隧道技术》【年(卷),期】2015(052)003【摘要】在地下结构地震响应数值模拟中,地震动输入方式的选取会直接影响到计算结果的精度和可靠性.文章基于粘弹性边界,剖析了加速度输入、位移输入和应力输入三种方法的计算原理,采用ANSYS进行数值算例分析,研究了三种输入方法的差异性.结果表明:三种输入方法得到的衬砌内力幅值包络图相似,数值差异明显;不同输入方法会显著影响粘弹性边界的吸能效果,粘弹性边界应采用与其相适应的应力输入方法.研究内容可为地下结构抗震分析中地震动输入方法的选择提供依据.【总页数】7页(P103-109)【作者】汪精河;周晓军;毛露露;胡鸿运【作者单位】西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,土木工程学院,成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,土木工程学院,成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,土木工程学院,成都610031;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,土木工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TU311.3【相关文献】1.地下结构抗震动力可靠度分析 [J], 严松宏;高峰;高波2.地震动的小波分析技术在高层结构抗震设计中的应用研究 [J], 张长浩;封建湖;王勋涛;王虎3.地震动的小波分析技术在高层结构抗震设计中的应用研究 [J], 张长浩;封建湖;王勋涛;王虎;4.地震动波动输入方法在高土石坝动力分析中的应用研究 [J], 魏匡民;陈生水;李国英;米占宽;沈婷5.地下结构抗震简化分析方法比较研究 [J], 许成顺;许紫刚;杜修力;李洋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
陈厚群院士-有关大坝场地地震动输入问题
PGA=0.424g
反应谱形状相似
PGA 下降 38%
反应谱减小仅 8%
PGA=0.260g
Cape Mendocino/Petrolia Earthquake in California U.S.A. (1992 04 25 )
原始 降低 PGA 峰值
PGA 1.300 g
PGA = 1.468g
设防水准，但一些国家如英国、瑞士等实际都
只按MDE进行大坝抗震设计，在重要大坝抗震 设计中，重现期为100年至200年的OBE，在其一
般不起控制作用。对低等级的大坝，其MDE就
取OBE。对于不同等级的大坝，取不同的设防 水准的‘分类设防’，有别于对同一个大坝采 用‘多级设防’的概念。
3. 对于重要大坝，多取MCE作为MDE，MCE
主要设计地震动参数
大坝抗震设计的主要设计地震动参数
峰值加速度 反应谱 加速度时程
峰值加速度(Peak Ground Acceleration PGA )的脉冲型 高频尖峰对反应谱和破坏后果影响不大 历时短 衰减快 离高坝基频远 中国地震动参数区划图 (GB18306-2001) 加拿大新的建筑规范(NBCC 2005) 采用了与地震动加速度反应谱对应的 有效峰值加速度(Effective Peak Acceleration EPA )
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
R＞30km Ms≥6.5 R>30km Ms≥6.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
土石坝地震动输入机制研究综述
摘 要 ：土石 坝 的 动力 反 应 特 性 和抗 震 性 能 是 水 电工 程 界 关 注 的 焦 点 。设 计地 震 动 及 其 输 入 方 式 的合 理 确 定 是 进 行 大 坝结 构 动 力 反 应 分 析 和 安 全 性 评 价 的前 提 ，也 是 影 响 分 析 结 果 可 靠性 的重 要 因素 。本 文 对 土 石 坝 动 力 分 析地 震 动 输 入 机 制 研 究 中涉 及 到 的地 震 动 参 数 的确 定 和 地 震 动 输 入 方 式 等 的研 究 现状 进 行 了 总结 、评 述 ，并 在 此 基 础 上
快 、造 价较 低 和建 设 周期 短 等 优 点 ，已成 为世 界 各 国高 坝建 设 中广 泛 采 用 的坝 型 。为 了满 足 国 民经
济 发 展 对 能 源 的需 求 、加 快 西部 大 开发 ，水 电开 发 成 为 了我 国重 要 的 能 源 战 略 。我 国 的水 能 资 源
８ ０ ％以上 分布 在 西 部地 区 ，西 部地 区多 高 山和 峻 岭 峡谷 ，易 于修 建 调 节性 能好 的高 坝大 库 ，但这 些
收稿 １ ３ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ６ — ０ ８
基金项 目：“ 十一五 ” 国家科技支撑计划项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｂ ＡＫ ５ ６ Ｂ ０ ２ ） ；国家 自然科学基金青年基金项 目（ ５ １ ２ ０ ９ ２ ３ ４ ） ；水利部 “ ９ ４ ８ ” 创 新
项 目（ ２ ０ ０ ９ ２ ９ ） ；水 利 部 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经费 项 目 （ ２ ０ ０ ８ ０ １ １ ３ ３ ） 作 者 简 介 ：杨 正权 （ １ ９ ８ ０ 一 ） ，男 ，吉 林 集 安 人 ，博 士 ，工 程 师 ，主 要从 事 岩土 及 水 工 结 构 工 程 研 究 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｙ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｑ ＠ｉ ｗ ｈ ｒ ． ｔ ｏ ｍ
上海地震波-三向输入选取(说明)m
上海地区抗震设计输入地震时程说明（共8页）同济大学房结构工程与防灾研究所二〇一二年六月目录1 天然地震时程选取原则 (3)2 峰值调整 (3)3 频谱特性 (3)4 地震动持时 (3)5 人造地震动生成的方法 (3)6 目标反应谱的确定 (4)7 所选地震时程的基本信息 (4)8 地震时程反应谱与规范反应谱对比 (5)上海地区抗震设计输入地震时程说明1 天然地震时程选取原则天然地震动具有很强的随机性，随着输入地震波的不同结构的地震响应也会有很大的差异，故要保证时程分析结果的合理性，在选择地震波时必须遵循一定的原则。
一般而言，选择输入地震波时应以地震波的三要素（峰值、频谱特性、地震动持时）为主要考虑因素。
2 峰值调整地震波的峰值一定程度上反应了地震波的强度，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（峰值相当并非峰值相等，而是在峰值相近的情况下所选用地震波的反应谱与规范反应谱基本相符）。
3 频谱特性频谱是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、区域、介质及结构所在的场地土性质有密切关系。
一般来说，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，在震中距较远或软弱场地土中，地震波的长期成分较多。
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，且在一定的周期段内与规范反应谱尽量接近。
对于天然地震记录而言，3个方向地震波同时都与规范反应谱很接近的条件是很难满足的，但应保证至少一个水平向地震波反应谱与规范反应谱基本吻合。
4 地震动持时地震持时也是结构破坏和倒塌的重要因素，工程实践中确定地震动持续时间的原则是：1）地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内，2）若对结构进行弹塑性地震反应分析（考虑累计损伤效应），持续时间可取长些。
另外，在截取地震波时尚需注意尽量在速度/位移零点处截断以尽量避免加速度积分时速度或位移的``漂移''现象。
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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。
对于强震持续时间，原则上应采用持续时间较长的波，因持续时间长时，地震波能量大， 结构反应较强烈。而且当结构的变形超过弹性范围时，持续时间长，结构在震动过程中 屈服的次数就多，从而易使结构塑性变形累积而破坏。强震持续时间可定义为超过一定 速度值（一般为0.059）的第一个峰点和最后一个峰点之间的时间段。
另外，考虑到地震频发地区的大坝在其使用寿命期内遇到多次强地震的可能性也是很高 的。截至目前为止，抗震设计和运行只考虑单个强震的作用。这种处理方法对市政、道 桥、民用等建筑物是正确、合理的，因为其使用寿命相对较短且易于拆建。但对大坝而 言，这种方法的不足之处在于它忽视了多次强震对大坝的长期累积作用。
为什么要研究地震动输入？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
安全
抗震
地震输入
我国高坝抗震防灾能力建设的战略思路强调综合评价和科学交叉，重视突破创新和 实践检验，合理确定坝址可能遭遇的最大（极限）地震，即最大可信地震，以及建 立设计中对各类坝型“溃坝”极限状态的定量准则，是当前急待解决的前沿课题。
精细的结构地震响应分析与粗放的地震动输入
和结构抗力评定，严重制约了抗震安全性评价的精度和水平。这种
“两头大，中间小”的局面必须尽快改善。在建和拟建中的300米级高坝缺乏工程 实践，尚无震害实例，需要有针对性地开展具有前瞻性的、创新性的科技支撑。
地震动输入要考虑什么？
万文智等认为地震动输入应包括两方面内容：一是输入运动本身，其任务是设定工程地震 动强度和设计地震动时程；二是地震波输入方式。
周建平等认为地震动输入主要包括坝址地震动输入和地震动输入方法。 陈厚群院士认为地震动输入方式包括设计地震动基准面及地基边界上的输入地震动参数和
量值； 黄胜等人认为合理的地震动输入方式实际上涉及2个层面的问题：人工边界的选取和合理
的地震波场处理方法。
参数 边界 输入 接收
参数问题
地震动峰值加速度
现有阶段，在大坝抗震中考虑地震作用时，选择输入地震波主要有以下三种方式。
强震记录
直接选用一些著名的强震记录作为输入，如：Taft记录、ElCentro记录、Konya记录、 1971年San Fernando地震（持时35秒，峰值加速度0.22g）、Pacoima坝基记录（持 时l5秒，峰值加速度1.20g）。Seed、Hadjian等提出了通过修正地震记录的方法来得到 满足一定条件的地震动加速度时程。对于中小型工程，有时也可选用较为简单的Ricker 小波输入。采用这种方法要注意场地条件、传播途径、震源距离、震幅等因素的影响， 注意使所选用的地震波三要素（即：振幅、频谱和持时）与当地估计的地震波三要素相 吻合。一般需对地震波做一些调整才能达到上述要求。
地震再现频率
一般地震发生后多伴随着陆续的余震等。从强度上来说，余震的规模和烈度基本上不大 于主震。但由于余震与主震之间往往间隔较短，发生时间多集中于主震后的数日之内， 工程人员几乎不可能对损失的大坝等一系列建筑物采取任何加固措施。国际上逐步采用 的两级抗震设计，结构的强度和结构损伤后的极限变形能力都将作为结构抗震性能的重 要指标，可对溃坝等次生灾害起到一定的控制作用。
地震动输入
2013.12
地震动输入是什么？
坝址地震动输入是大坝工程抗震安全性评价的首要前提, 其包括: ( 1) 抗震设防水准框架, 包括表征地震作用强度的物理量确定依据及其相应的可定量
的功能目标; ( 2) 体现地震作用的主要地震动参数, 包括峰值加速度、设计反应谱、地震动时间历
程; ( 3) 地震动输入方式, 包括设计地震动基准面及地基边界上的输入地震动参数和量值。
基本烈度为6度或6度以上地区的坝高超过200m或库容大于100亿m3的大型工程，以 及基本烈度为7度及7度以上地区坝高超过150m的大型工程，其设防依据应根据专 门的地震危险性分析提供的基岩峰值加速度成果评定。
重大工程场地地震危险性分析都是按国家标准《工程场地地震安全性评价技术规范 （GB17741-1999）》进行的，所给出的是基岩表面的地震动峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）。所以，应当指出上述区划图（GB18306-2001） 和安全评价规范（GB17741-1999）中虽然都以峰值加速度作为地震动参数，但两 者的含义是不同的。