如何选取地震波
一般市政桥梁的抗震设计,采用反应谱分析就能解决问题。但是一些特殊的情况,比如减隔震设计、弹塑性分析等,则需要进行时程分析,如果项目不做地震安评则需要自己去选合适的地震波。
设计反应谱的生成
某在中国地震动参数区划图 (gb18306.net)上可以方便的找出项目所在地区的地震动相关参数。然后利用自编程序根据地震动参数计算出设计反应谱(.scv文件),例如GM_Tools、EQTOOL、崔济东博士的SGMPZM等等。
在PEER地震动数据库选波
选波步骤如下图所示:
规范对地震波的要求
下载后的地震波需要经过处理才能用,按中国规范挑选的地震波要满足三个条件,分别为:统计意义相符、基底剪力要求、持时要求。其中基底剪力要求很大程度上取决于统计意义相符。《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T2231-01-2020)对同一项目采用的各地震动时程之间的相关系数也做了相关的要求。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.1.2条规定:采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3,多组时程曲线的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。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得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%。从工程角度考虑,这样可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对5.1.2条的条文说明,所谓“在统计意义上相符”指的是,多组时程波的平均地震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,在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定:输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一刻算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止;无论是实际的强震记录还是人工模拟波形,有效持续时间一般为结构基本周期的(5~10)倍。
地震波处理(以GM_TOOL为例)
利用软件的“格式转换——峰值调整——规范反应谱——计算反应谱——计算持时”功能,可以挑选合适的天然地震波进行建筑结构的弹性、弹塑性时程分析,极大减少建筑结构分析的选波时间。
(1)格式转换
首先将Peer格式的地震波转换为Common_2格式的地震波,即通用两列的地震波。然后导出处理后的地震波。
(2)峰值调整
根据规范填写目标峰值,若想将地震波的峰值调整到0.11g,则先填写目标峰值为0.11g,再点击“导入原始的地震波”,这里需注意导入的地震波格式应该是Common2。然后导出处理后的地震波。
(3)规范反应谱
首先下拉选择 “地震参数”,然后点击“1.绘图”查看规范反应谱,接着在“时间”处填写关注的周期点(一般为第1~3阶结构自振周期),再点击“对应”,可以计算出关注周期点处规范反应谱的谱值。
(4)计算反应谱
首先输入结构的阻尼比(默认0.05),再点击“导入原始的地震波”,这里需注意导入的地震波是调峰过后的。
首先选择好“反应谱类别”为“Abs_accel_spectrum”(即默认),然后在“T=”后输入关注的周期值(一般为第1~3阶结构自振周期),再点击“计算谱值”,则“计算谱值”后会自动计算地震波的平均谱值;在表格中,Sa(T)为各条地震波在关注周期处的谱值;此外,“计算谱值”后的平均谱值是勾选了Available选项的地震波的平均谱值,所以可以通过“勾选/不勾选”Available选项, 来计算不同地震波的平均谱值,而单条地震波谱值Sa(T)不受影响。
接下来的工作就需要对比筛选地震波,通过对比各条地震波在关注周期点处的谱值Sa(T)与规范谱值的误差,看一眼即可筛选出合适的地震波,不合适的可以取消勾选Available选项,最终剩下误差最小的地震波。分别对比前三阶周期,挑选出合适的地震波,一般来说,第一阶周期的重要性大于第二阶周期,第二阶周期的重要性大于第三阶周期。
(5)计算持续时间
点击“导入原始的地震波”,这里需注意导入的地震波格式应该是调峰过后的地震波。
导入地震波后,可下拉选择“Record”可以查看不同地震波的波形;再填写“开始/终止截取峰值比”,建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)规定持时是地震波初次达到0.1PGA至最后经过0.1PGA,这里默认截取峰值比为0.1,也可按需更改。然后点击“开始计算”。
表格中的“Effective_duration”为按规范求得的地震波有效持时;“All_Time”为地震波的总时间。按经验来说,持时很容易满足。
以上即挑选出合适的天然地震波用于时程分析。
后记
其他软件对地震波的处理原理是一样的,可以参考上述步骤和内容进行选波。
另外,对于选波也是一个积少成多的一个过程,一般我们做市政项目都有区域性的特点,因此我们可以建立自己的一个地震波库,在后续的项目就可以在自己的地震波库里面选波,从而提高选波效率。