时程分析中地震波选取浅析

周兆辉　苏志彬

【摘要】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。

【关键词】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.

作者简介：

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。

基金项目：

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”。