浅析桥梁时程分析的地震波的选取与输入

(西华大学 四川 成都 610000)

一、地震波的选取

地震波的选取对结构时程分析的结果影响特别大，对同一桥梁输入不同的地震波，结果一般具有很大的离散性，过大的离散型无法分析出桥梁的抗震薄弱环节，所以无论是同一场地的不同桥梁还是不同场地的相同桥梁，都需要选择能有效运用于抗震分析的地震波来保证桥梁动力时程分析的准确性，国内外普遍认为地震动的选取需要符合几个指标，包括了地震动记录的峰值、频谱特性、持续时间，这些参数需要与规范相接近。

我国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01——2008)的5.2.3中规定，考虑到地震动的随机性，选择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。根据相关规范，在选取地震波的时候可以考虑4个控制指标：

(一)地震波特征周期。地震波在场地中传播时，不同的场地土质对地震波会有一个筛选作用，所以不同场地的地震效应是不相同的，选用的地震波特征周期应该和桥梁所在的场地固有周期接近。

场地的固有周期和土层的覆盖厚度和土层的密实程度有关系，最简便的方式是通过《中国地震动参数区划图》进行查阅，首先根据《公路工程抗震设计规范》的区分标准查找到桥址处的场地类别(见附录表1)。根据区划图查找到场地的反应谱特征周期，根据表2(见附录)调整场地的反应谱特征周期Tg。

EPA为有效峰值加速度；EPV为有效峰值速度。

为了与设计时的地震烈度相当，对选用的地震记录加速度时程曲线应按一定比例放大或者缩小。

Ci为抗震重要性系数(取值见附录表3)；Cs为场地系数(取值见附录表4)；Cd为阻尼调整系数：当阻尼比选用0.05时，取Cd=1；A为设计基本地震加速度峰值(可由地震动参数区划图查找)。

再结合midas的地震波数据生成器功能可计算EPA和EPV的大小，将选取的地震波数据输入到程序的地震波数据生成器中，得到所选地震波的绝对加速度反应谱和拟速度反应谱。

计算EPA与EPV有两种计算方式：1.固定频段法。将阻尼比为0.05的加速度反应谱取周期为0.1～0.5秒之间的值平均为Sa，速度反应谱取周期为0.5～2秒之间的平均值为SV。2.不固定频段法。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，找到加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1，在拟速度反应谱上选定平台段，起始周期为T1，结束周期为T2，Sa为T0到T1之间的频谱平均值，SV为T1到T2之间的频谱平均值。

EPA和EPV的值为：EPV=Sv/2.5；EPA=Sa/2.5

(二)持时控制指标。规范要求所选的地震波的持续时间不小于结构的基本周期的5～10倍。

(三)频率控制。由于设计加速度反应谱是经过大量的数据统计和实际情况分析得到的包含多数地震效应的结果，所以选择的实际地震波的加速度反应谱在[0.1～Tg]平台段的平均值与设计加速度反应谱相差不超过10%～20%。

二、地震波的输入

对于跨度不大的桥梁，一般采用一致激励的方式输入地震波，即假设结构的各个支撑点受到的地震波是一致的。

对于跨度很大的桥梁，由于结构支撑部分各个点受到的地震波激励经历不同的路径、不同的地质条件，所以位于不同位置的结构地震反应必然存在差异，说明多点激励更加符合实际的地震动输入方式，所以大跨度桥梁的地震反应分析中考虑地震波的空间变异非常重要。

造成这种差异的原因有很多，包括行波效应、部分相干效应、波的衰减效应和局部场地效应等，衰减效应影响很小，基本可以忽略，重点考虑其他三种情况。

1.行波效应：在行波效应影响下，地震波到达不同支撑点会有一定时间差，所以考虑行波效应实际上是假设波速、波形和频率不变，只考虑时间迟滞和振幅衰减。2.部分相干效应：地震波在传播过程中会产生复杂的反射、折射和散射，且场地不同位置处的地震波叠加方式不同导致相干函数的损失。3.局部场地效应：主要是由于基底各支点处局部土层不同，引起基岩到地表的地震波中各种频率的含量不同。

三、小结

(1)需要根据规范给出的控制指标来选取适合不同场地、不同结构的地震波。(2)需要根据桥梁的跨度和场地的复杂程度来选取是一致激励还是多点激励的地震波输入方法。

附录

表2 中国地震动反应谱特征周期调整表

表3 各类桥梁的抗震重要性系数

表4 场地系数Cs