[转载]地震波的选取方法

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秒之间的值平均

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。具体做法是:在对数坐标系中

同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱,找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周

期T1,然后在拟速度反应谱上选定平台段,其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期

T1),结束周期为T2,将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa,拟速度反应谱在T1至T2

之间的谱值求平均得Sv,加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5,按公式

(1)、(2)、(3)求得EPA、EPV、Tg。

在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具>地震

波数据生成器,生成后保存为SGS文件),用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所

述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组,然后将

抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数,将其代入到地震波调整系数中。将地

震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。

建筑抗震设计规范5.1.2条中规定,采用时程分析方法时,应按照场地类别和设计地震分组

选用不少于二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法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。所谓”在统计意义上相

符”指的是,其平均影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在各周

期点上相差不大于20%。

在MIDAS程序中,可选取两组实际强震记录生成两个SGS文件(调整Sa后的),然后将一组人

工模拟的加速度时程曲线也保存为SGS文件,将三个SGS文件的数值取平均后与振型分解反应谱

法所采用的地震影响系数曲线相比较看是否满足”在统计意义上相符”,由此也可判断选取的

地震波是否合适。

另外,弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得到的结构底部剪力不应小于振型分解反应

谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法

计算结果的80%。

建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2中的值即为加速度有效峰值。

表5.1.2-2 时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值 (cm/s^2)

地震影响 6度 7度 8度 9度

多遇地震 18 35(55) 70(110) 140

罕遇地震 - 220(310) 400(510) 620

注: 括号内数值分别用于设计地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

另外,表5.1.2-2中的数值(加速度有效峰值)可使用水平地震影响系数最大值(表5.1.4-1)

除2.25得到(5.1.4条文说明)。

表5.1.4-1 水平地震影响系数最大值

地震影响

多遇地震

罕遇地震

6度

0.04

-

7度

0.08(0.12)

0.50(0.72)

8度

0.16(0.24)

0.90(1.20)

9度

0.32

1.40

注: 括号内数值分别用于设计地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

举例说明: 7度多遇地震的水平地震影响系数最大值为0.08,重力加速度为9.801m/s^2,所

以7度多遇地震区域的加速度有效峰值为0.08*9.801/2.25=0.348 m/s^2(近似为 35 cm/s^2)。

参考文献:

1. 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)

2. 地震安全性评价技术教程,胡聿贤