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时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化
时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

摘要:目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应

谱法。时程分析法作为补充计算方法,在不规则、重要或较高建筑中采用。进行

时程分析时,首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。时程曲线的

选择是否满足规范的要求,则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算,得到

其反应谱曲线,并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。本文通过介绍常用

的数值计算方法及计算步骤,实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线,从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。

关键词:时程分析,地震波,反应谱,动力计算

1 地震反应分析方法的发展过程

结构的地震反应取决于地震动和结构特性。因此,地震反应分析的水平也是随着人们对

这两个方面认识的深入而提高的。结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动

力分析法这三个阶段。在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性(或非线性)两个阶段。[1]

目前,在我国和其他许多国家的抗震设计规范中,广泛采用反应谱法确定地震作用,其

中以加速度反应谱应用得最多。反应谱是指:单自由度弹性体系在给定的地震作用下,某个

最大反应量(如加速度、速度、位移等)与体系自振周期的关系曲线。反应谱理论是指:结

构物可以简化为多自由度体系,多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体

系反应的组合,每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其优点是物理概念清晰,

计算方法较为简单,参数易于确定。

反应谱理论包括如下三个基本假定:1、结构物的地震反应是弹性的,可以采用叠加原理

来进行振型组合;2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同;3、结构物最不利

的地震反应为其最大地震反应,而与其他动力反应参数,如最大值附近的次数、概率、持时

等无关。[1]

时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由

于此法是对运动方程直接求解,又称直接动力分析法。可直接计算地震期间结构的位移、速

度和加速度时程反应,从而描述结构在强地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化,以及结

构构件逐步开裂、屈服、破坏甚至倒塌全过程。

根据我国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)第5.1.2-3条要求,特

别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多

遇地震下的补充计算。此外《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) (以下简称《高规》)第4.3.4条也有相关要求。

2 时程分析时地震波的选取要求

在进行时程分析时,首先面临地震波选取的问题。所选的地震波需要符合场地条件、设

防类别、震中距远近等因素。《抗规》对于地震波的选取主要有以下几点要求:

1、当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法

的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反

应谱法的较大值(其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3)。

2、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%。

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。根据规范条文说明,所谓“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%。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%。

4、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均要符合规

地震波使用说明

地震波使用说明 此目录下提供了四类场地土的地震波时程曲线和上海人工波。 按照场地土类型(1,2,3或4),选择时程曲线。在定义时程工况时,对于多遇或罕遇地震,按比例调整时程曲线的最大值。中国抗震规范规定,作为抗震计算中底部剪力法和振型分解反应谱法的补充方法,对于特别不规则,特别重要的和较高的结构应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。 可取多条时程曲线的计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。 采用时程分析法时,应咱建筑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。 其加速度时程最大值可按规范中对于多遇和罕遇地震在不同烈度下的值。 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% 。 可使用弹塑性时程分析法计算罕遇地震下结构的变形。 时程分析是一个承受随时间变化的指定荷载结构的逐步动态反应分析,可以是线性或非线性的。 此章对时程分析进行一般的描述,特别是线性时程分析。 定义时程函数 用户可使用“从文件中添加函数”,导入已定义的文本文件,即实测的时程曲线;也可使用程序内置的时程函数。

时程函数定义对话框 时程函数定义对话框中的条目解释如下: ?函数名 通过在编辑框中直接键入以指定或修改时程函数的名称。 ?函数文件 1.在函数文件域点击浏览按钮以调出一个对话框,在此可找出包含时程函数的 文本文件名。注意文件名显示在文件名框中 2.在 "要跳过的标题行" 编辑框中输入一个希望ETABS在文本文件中跳过的 行数。 3.在 "每行要跳过的前缀字符" 编辑框中输入一个希望ETABS在文本文件中 每行要跳过的字符数。 4.在 "每行的点数" 编辑框中输入一个数告诉ETABS文本文件每行的绘图点 数。

地震波的选取方法 (MIDAS内部技术资料)

地震波的选取方法(MIDAS内部技术资料) (GB50011-2001)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(GB50011-2001)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=2*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

反应谱理论与人工模拟地震波技术简介

第33卷第26期?106?2007年9月山西建筑 SHANXIARCHITECTURE Vd33No.26 Sep.2007 文章编号:1009—6825{2007)26—0106—03 反应谱理论与人工模拟地震波技术简介 邱玉国王玉富 摘要:介绍了反应谱理论的发展历程和国内外研究现状,分析了研究问题的思路,指出了利用反应谱理论来解决实际工程时遇到的问题,并简单介绍了国外对人工模拟地震波技术的应用和研究,为抗震理论提供了参考依据。 关键词:反应谱理论,地震波,随机振动,非弹性地震波 中图分类号:TU352文献标识码:A 1概述 反应谱理论是建筑结构抗震设计的重要理论基础之一。从20世纪50年代开始,反应谱理论逐渐成为结构抗震设计的重要方法,经过50多年的发展,目前这种方法已经为世界上大多数国家的设计规范所采用。但是,由于地震产生机理和作用效果的复杂性,采用反应谱理论进行分析和设计与工程实践还存在很多与实际不相符合之处。此外,对于反应地震重要特性的时间问题,反应谱法也无能为力。 人工模拟地震波技术是近年来才发展起来的一项新的结构抗震设计的技术手段,目前主要用于计算机模拟和特别重要结构模型的振动台试验。它能够通过模拟地震波的特性来用于对结构进行时程分析,是~种新兴的、具有革命性意义的试验手段。 图2数值模拟结果2.3计算结果分析 通过数值模拟和试验得到瓦斯管承载力等数值如表2所示。 表2数值模拟和试验结果 I研究方法承载力仆但a最大应变/%最大剪应力/SPaI数值模拟7.14O.0842160室内试验6.620.0964 3结语 通过对丁集煤矿瓦斯管材质和整体抗外压的试验研究以及数值模拟分析,可以获得如下重要结论: 1)通过对管材材质的试验研究表明:工作管材质采用Q345,尺寸为柘30rfllTl×14inln,能够满足强度和稳定性要求。 2)瓦斯管整体抗外压试验结果表明:工作管抗外压承载力为6,62MPa;通过大变形有限元数值计算,采用变形稳定性控制其承载力,结果为7.14MPa,两者数值十分接近,说明用文中方法模拟大直径瓦斯管的承载力是可行的。 参考文献: [1]李正来.瓦斯抽排钻孔定向技术的改进[J].安徽科技,2006(3):49—50. [2]汪东生.瓦斯抽排技术治理本煤层采空区瓦斯涌出的实践[J].煤矿安全,2006(1):13—15. [3]张敦伍,任胜杰.瓦斯抽排钻孔防偏斜实践[J].矿业安全与环保,2005(8):67—68. [4]刘克功,范再良,赵新华.采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限[J].煤,1998(2):48—50. Studyingonradialstabilitynumericalsimulationoflargepipeinmine TONGWen-lin Abstract:TheexperimentalandvaluesimulationmethodshavestudiedtheDingiicoalminelargediametergastubeundermechanicscharacter—istie.Resultindicated:thelargediametergastubeispresentedstabilityfailuremodelinencirclespressesshape,itssafetyfactorreaches3.0,itisdesignthelargediametergastubeandtheconstructpmvidesthereference. Keywords:largediametergastube,experimentalinlab,numericalsimulation,stabilityfailuremodel 收稿日期:2007.04.06 作者简介:邱玉国(1973。),男,工程师,辽宁工程技术大学软件学院,辽宁阜新123000 王玉富(1970.),男,工程师,中铁十九局集团第三工程有限公司,辽宁辽阳111000

0为什么能用地震波来探测地球内部的构造

为什么能用地震波来探测地球内部的构造? 地震波是地震发生时,地下岩石受到强烈冲击所产生的弹性震动传播波。地震波是弹性波,它能穿过包括地核在内,在整个地球传播。地震波可分为纵波、横波、面波和界面波四种类型。 纵波(P波),也称疏密波,通过物体时,物体质点的震动方向与地震波传播的方向一致,传播速度最快,周期短,振幅小,能通过固体、液体和气体传播。地震发生后,纵波最先到达地面,引起地面上下颠簸。 横波(S波),通过物体时,物体的质点震动方向与地震波传播方向垂直,在地壳中传播速度比纵波慢,周期较长,振幅较大,只能通过固体介质传播,比纵波到达地面晚,横波能引起地面摇晃。纵波、横波合称体波,体波在地球体内部可以向任何方向传播。 面波(L波),也称地面波,是纵波或横波到达地面后,从震中沿地面表层向四周传播的次生波。面波振幅较体波显著,波速比体波小,周期较体波长。利用面波的波散现象,可推算相应地区的地壳和上地幔的结构状况和性质。 界面波是在两个弹性层之间的平界面附近传播的地震波。由于不同的地震波,具有不同的性质和传播特点,因此可以利用地震波来探测地

球的内部构造。 目前世界上最深的钻井只有10公里多一点,能直接取样观察的最深矿井仅有3公里。目前人们还不能对地球整个内部进行直接观察研究,主要是利用地震波研究地球的内部结构。 在地球内部地震波传播曲线图上,从地球大陆的地表面往下到33公里深处,横波速度每秒约4公里,纵波速度每秒约8公里。从33公里往下到2900公里深处,横波速度由每秒4公里多增快到每秒7公里以上,纵波速度由每秒8公里左右增快到每秒13公里以上。从2900公里往下到5000公里深处,横波完全消失,纵波传播速度突然下降到每秒8~10公里左右。从5000公里往下到地心,无横波传播,纵波速度又逐渐增快到每秒约11公里左右。从地震波在地球内传播的情况表明,在大陆33公里深处以下,横波和纵波的速度明显加快,证明是密度很大的可塑性固体层,因此地下33公里深处是地震波传播的一个不连续面,这个不连续面是莫霍洛维奇发现的,所以叫莫霍面。在2900公里深处往下,横波完全消失,纵波速度突然下降,证明到了液态层,这个地震波传播的不连续面,是古登堡最早研究的,所以叫古登堡面。5000公里以下纵波速度又加快,证明是固态层。根据地震波的传播情况,说地球内部构造是不同的物质圈层组成的。据此,人们以莫霍面和古登堡面为分界面,把地球的内部构造划分为地壳、地幔和地核三个圈层,并将地下2900~5000公里深处,推测

Midas地震波的选取方法

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T d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*a max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(注:生成谱的时候一定要用对数谱),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=Sv/Sa。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(即放大系数),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

人工地震波生成程序简介

姓名:郭勇 学号:022******* 人工地震波生成程序简介 一、程序设计内容及方法 1、程序内容 本程序根据特征周期、水平地震波影响系数最大值和地震波幅值等初始条件生成人工地震波,为结构动力分析的时程分析法提供地震波来源。 2、程序设计方法 (1) 理论依据 本程序采用三角级数法生成人工地震波。 对于给定的功率谱密度函数,按照下面的公式可以方便的生成以为功率谱密度函数、均值为零的高斯平稳过程。 (1) 式中: (2) 为内均匀分布的随机相角;,分别为正域内的上、下限值,即认为的有效功率在范围内,而范围外的值可视为零。 为了反映地面运动的非平稳性,采用包络函数乘以平稳过程, (3) (3)式即为人工地震波模型。 可根据下式确定: (4) 式中:为衰减系数,通常取值范围为0.1~1.0,本程序取0.15;,和根据不同实际情况取值,为地震波持时,本程序取,分别为4s,15s,和均为40s。 本程序采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的反应谱作为目标谱,通过Kaul 提出的平稳过程反应谱与功率谱的近似关系 (5) 式中:为规范反应谱;为阻尼比;为地震动持时;为反应不超过反应谱值的概率,本程序取0.85。通过(3)式和(5)式即可生成人工地震波。 (2) 程序实现方法 首先建立基于对话框的应用程序框架,添加的主要控件为3个编辑框和4个按钮。3个编辑框分别作为程序中的特征周期(对应成员变量为m_dTg)、水平地震影响系数最大值(对应成员变量为m_dAmax)和地震波幅值(对应成员变量为m_pd)3个数据的交互输入处;4个按钮分别为"生成地震波"、"输出地震波"、"输入地震波"和"退出"。 添加的成员函数有:Wavegener()(生成地震波)、Wavedrawing()(绘制地震波加速度时程曲线)、OnSTART()(对应"生成地震波"按钮,实现生成地震波的功能)、OnOutput()(对应"输出地震波"按钮,实现输出数字化的地震波记录的功能)和OnInput(对应"输入地震波"按钮,实现输入数字化的地震波记录并绘制其加速度时程曲线的功能)。 几点说明: a 生成随机相角的程序如下: srand((unsigned)time( NULL ));

反应谱生成人工地震波

反应谱生成人工地震波 一、软件SIMQKE_GR使用说明 1.先安装程序 2.使用方法 双击,打开程序,可以得到如图1界面。 图1 程序开始界面 如图1所示,由于程序本身提供的反应谱是适用于欧洲规范的,不适合于我国的规范反应谱,因此不能通过调整参数来获得符合我国规范的反应谱。可以采用导入的方法来输入反应谱。 3.点击菜单栏“file”—“Import spectra data”,出现打开对话框,如图2所示, 要求打开一个已经存在的反应谱文件(如 1.srf)。

图2 导入反应谱文件对话框 4.文件格式如下所示(红字部分不能修改,注意反应谱单位为g),下面部分 可以替换。 response spectrum time(s) acc(g) 0 0.1215 0.01 0.13635 0.02 0.1512 0.03 0.16605 0.04 0.1809 0.05 0.19575 0.06 0.2106 0.07 0.22545 0.08 0.2403 0.09 0.25515 0.1 0.27 0.15 0.27 0.2 0.27 0.25 0.27 0.3 0.27 0.35 0.27 0.4 0.27 0.45 0.27

0.5 0.243 0.6 0.2025 0.7 0.173571429 0.8 0.151875 0.9 0.135 1 0.1215 1.1 0.110454545 1.2 0.10125 1.3 0.093461538 1.4 0.086785714 1.5 0.081 1.6 0.0759375 1.7 0.071470588 1.8 0.0675 1.9 0.063947368 2 0.06075 2.1 0.057857143 2.2 0.055227273 2.3 0.052826087 2.4 0.050625 2.5 0.0486 2.6 0.046730769 2.7 0.045 2.8 0.043392857 2.9 0.041896552 3 0.0405 3.1 0.039193548 3.2 0.03796875 3.3 0.036818182 3.4 0.035735294 3.5 0.034714286 3.6 0.03375 3.7 0.032837838 3.8 0.031973684 3.9 0.031153846 4 0.030375 4.1 0.029634146 4.2 0.028928571 4.3 0.028255814 4.4 0.027613636 4.5 0.027 4.6 0.026413043 4.7 0.025851064 4.8 0.0253125

八层框架的地震响应计算和人工波生成的matlab实现及所需曲线图的自动存储

一、 作业概况 结构基本参数:层间剪切型结构,采用Rayleigh 阻尼,第一、第二阶阻尼比分别取3%、5%。 图1 结构基本形状 表1 各层集中质量 ( 105kg) 层号 1 2 3 4 5 6 7 8 质量 3.40 3.40 3.20 3.20 2.80 2.80 2.70 2.60 表2 各层层间刚度 (×108N/m) 层号 1 2 3 4 5 6 7 8 层间刚度 2.00 2.00 1.80 1.80 1.80 1.80 1.60 1.60 m m m m m m m m &&g x

二、 频率及振型计算 根据层间模型的假定,可以建立结构的质量矩阵以及刚度矩阵如下。 1234567800000000000000000000000000000000000000000000000000000000 3.40 0000000 3.400000000 3.200000000 3.20000 =0000 2.800000000 2.800000000 2.700000000 2.6m m m m m m m m ?? ? ? ? ? ?= ? ? ? ? ? ?? ? ?? ?M 510kg ????????????? 1112131415161718212223242526272831323334353637384142 4344454647485152535455565758616263646566676871727374757677788182838485868788k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k ? =?K 8420000002 3.8 1.8000000 1.8 3.6 1.8000000 1.8 3.6 1.8000 =10/000 1.8 3.6 1.8000000 1.8 3.4 1.6000000 1.6 3.2 1.6000000 1.6 1.6N m ????? ? ? ? ? ? ? ??-?? ?-- ? ?-- ?-- ?? ?-- ?-- ? ?-- ? ?-??

人工地震动生成程序

clear clc close all hidden %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% fni=input('生成人工地震波-输入数据文件名(20041012):','s'); fid=fopen(fni,'r'); fs=fscanf(fid,'%f',1);%采样频率 tu=fscanf(fid,'%f',1);%上升时间长度 %上升时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) iu=fscanf(fid,'%f',1); %上升时间包络线线形参数(只有指数曲线需要具体参数,其均为1) cu=fscanf(fid,'%f',1); ta=fscanf(fid,'%f',1);%持时时间长度 td=fscanf(fid,'%f',1);%下降时间长度 %下降时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) id= fscanf(fid,'%f',1); %下降时间包络线线形(只有抛物线,指数曲线需要具体参数,其余为1) cd=fscanf(fid,'%f',1); dp=fscanf(fid,'%f',1);%阴尼比值 p=fscanf(fid,'%f',1);%概率系数(一般可取P=0.85) nn=fscanf(fid,'%f',1);%迭代次数 fno=fscanf(fid,'%f',1);%输出数据文件名

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %对目标反应谱取值 x=fscanf(fid,'%f',[2,inf]);%反应谱频率和幅值数据 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% tatus=fclose(fid); %计算生成地震波的数据长度 tl=tu+ta+td; %计算生成地震波的数据长度 nt=round(fs*tl+1); %大于并最接近nt的2的幂次方为FFT长度 nfft=2^nestpow2(nt) %计算频率间隔(Hz) df=fs/nfft %定义反应谱的离散频率向量 f=0:df:(nfft/2-1)*df %计算时间间隔(s) dt=1/fs; %定义的离散时间向量 t=0:dt:(nt-1)*dt %生成0到2PI的随机数为随机相位 g=rand(1,nfft/s)*2*pi; %建立时间包络线 %建立与地震波长度相同元素为1的向量 en=ones(1,nt); %上升时间阶段 %确定上升时间段的长度 l=round(tu*fs)+1 %产生上升时间段的包络线数组元素 switch iu case 1 %直线 en(1:l)=linspace(0,1,1);% y = linspace(a,b,n) generates a row vector y of n points linearly

地震波数据生成器SGSw

地震波数据生成器 除了程序提供的30多条实测地震波,一些复杂超限工程在做时程分析时往往需要利用当地安评报告的地震波数据生成自己的时程函数,具体的转换过程是被经常提到的一个问题。 相关命令 工具〉地震波数据生成器... 问题解答 midas提供地震波数据生成器这个专门的工具用于生成自己的时程函数,具体操作步骤如下: 1)打开已安装midas软件的文件夹,找到Dbase文件夹,用记事本打开其中任何 一个后缀为dbs的文件;

2)将安评报告的实测地震波数据完全按上述dbs文件的格式输入后另存,修改后 缀txt为dbs; 3)打开地震波数据生成器,执行菜单操作Generete-Earthquake Record;

4)点击Import,导入第2)步中生成的dbs文件,同时可修改地震波三要素中的 有效峰值和持时,保存为一个sgs文件; 5)midas软件中添加时程函数时,导入第4)步生成的sgs文件即可。 相关知识 时程分析往往作为多遇地震的补充计算手段,规范中要求每条时程曲线计算底部剪力结

果不应小于振型分解反应谱法相应结果的65% ,多条时程曲线计算所得底部剪力结果平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。所以选择合适的波很重要,地震波数据生成器还提供时程函数到反应谱的转换,可以和反应谱分析中地震影响系数曲线进行大致的比较,对结果的正确性给予一定的保证。 具体操作步骤如下: 1)同上。 2)同上。 3)打开地震波数据生成器,执行菜单操作Generete-Earthquake Response Spectra;

4)点击Import,导入第2)步中生成的dbs文件,可选择生成多种形式的反应谱,如绝对加速度、相对速度、相对位移等,保存为sgs文件; 5)和时程函数一样,也可以在定义反应谱函数的时候导入第4)步生成的sgs文件。

地震波的选取方法

地震波的选取方法 2010-10-20 22:32:00| 分类:默认分类|举报|字号订阅 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

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

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。 5 人造地震动生成的方法 工程中较为实用的人造地震动的生成方法主要有两种:一是将不同频率具有随机相位的三角波进行叠加并根据目标反应谱或功率谱进行迭代修正;二是选择满足场地条件等要求的天然地震记录,保留其相位等随机特征,然后修正其不同频段的幅值以逼近目标反应谱或功率谱。由于三个方向地震动间的随机相关性关系很复杂,采用三角波叠加的方法生成地震波时各方向地震波的相关性难以确定,故本文采

地震波方程人工边界的两种处理方法

第42卷第4期2003年12月 石 油 物 探 GEOPHYSICAL PROSPECTIN G FOR PETROL EUM Vol.42,No.4 Dec.,2003 文章编号:100021441(2003)0420452204 地震波方程人工边界的两种处理方法 崔兴福1,2,张关泉2 (1.中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院计算所,辽宁盘锦124010;2.中国科学院数学与系 统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所,北京100080) 摘要:在分析以往人工边界处理优缺点的基础上,提出了利用波动方程的频散关系式,得到可以吸收任何方向入射波的自适应校正吸收边界条件和旋转校正吸收边界条件。同时,采用波阵面法和能流密度法判别入射波方向,克服了Pad e近似吸收边界只对正入射波具有较好吸收性,而对非正入射的波吸收性不好的缺点。数值试验结果表明了本方法的有效性。 关键词:自适应校正;旋转校正;波阵面;能流密度 中图分类号:P63114 文献标识码:A Two processing methods for artif icial boundary of seismic w ave equation Cui Xingfu1,2,Zhang Guanquan2 (https://www.sodocs.net/doc/7211942779.html,puting Center of Exploration&Development Research Institute of CNPC Liaohe Oilfield Com pany,Panjin 124010,China;2.Institute of Com putational Mathematics and Scientific/Engineering Computing,Academy of Math2 ematics and System Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,China) Abstract:In this paper,two absorbing boundary conditions,adaptive correction condition and rotation correction condi2 tion,were derived to absorb incident waves coming from any directions by using dispersion relation,based on an analy2 sis of the advantages and disadvantages of existing boundary conditions.The determination of incident wave direction by wave front and energy flux density was also described.Numerical ex periments were performed and their results were presented,which indicated the efficiency of these methods. K ey w ords:adaptive correction;rotation correction;wave front;energy flux density 实际人工模拟地震勘探是在半无界空间中进行的,而在计算机上进行数值模拟地震波在介质中的传播,只能在有限的模型空间中实现。地震波到达人工边界将产生虚假的反射波,干扰了实际地震波传播的机理,使仿真剖面变得模糊不清,不利于地下地层构造信息的解释。自1969年Lysmer和Kuhlemeyer[1]首先提出人工边界处理问题,发展至今,已形成多种人工边界的处理方法,如阻尼边界[1~3]、吸收边界[4~6]、透射边界[7]、移动边界等,用Pad e近似法得到的吸收边界条件[4,5]是目前边界处理效果比较好的一种。我们正是在分析这种边界处理优缺点的基础上,从不同的侧面提出了这种边界的2种校正方法,即自适应校正法和旋转校正法。 1 声波方程自适应校正吸收边界条件 1.1 二阶精度吸收边界的推导 由二维声波方程 u t t=c2(u x x+u zz)(1)进行三维Fourier变换得到频散关系式 ω2=c2(k2 x +k2z)=k2c2(2)式中,k2=k2x+k2z,k x=k cosθ,k z=k sinθ,θ是波前k和k z的夹角。引进中间参量 a(θ)= 1-cosθ 1-cos θ 2 (3)由图1表示的方向波数与波前关系可以推得 cos θ 2= (α-1)k+k x αk(4)利用k x=k cosθ,cosθ=2cos2 θ 2- 1和2 α2-4α+4= 1 1+cosθ 及方程(4)得到在频率波数域右行波的边界条件 ωk x - 1 c ω2+1 1+cosθk 2 z =0(5) 收稿日期:20021113;改回日期:20030323。 作者简介:崔兴福(1965—),男,高级工程师,博士在读,现从事地震资料处理方法研究工作。 基金项目:本文得到国家973重点基础研究项目(G199903280)资助。

正确选取地震波

地震波的选取方法(MIDAS (2009-05-16 22:51:32) 转载▼ 分类:结构专业 标签: 杂谈 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

地震波描述

1.1设计加速度过程线 依据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》,50年超越概率为10%时,工程区地震动峰值加速度为0.15 g,地震动反应谱特征周期为0.45 s,相应地震基本烈度为7度。场地土属中软场地土,场地类别为Ⅱ类。根据(DL5073-2000)《水工建筑物抗震设计规范》的规定,本工程壅水建筑物抗震设防类别为乙类,设计烈度按7度取。 参考工程地质报告,本课题选取美国Taft地震波、人工地震波与实测地震波共三条地震波进行分析。 Taft地震波,1952年7月21日发生于美国的加利弗里亚州地震(California Earthquake,震级7.4级),是位于加州Kern County林肯学校的No.1095地震台测得的地震记录,该记录地距震中约43.5 km。地震仪设于学校附近一隧洞混凝土地板上,测得完整的三向地震波,记录长达54 s,最大地震加速度175.9 cm/s2,最大速度17.7 cm/s,最大位移9.15 cm。Taft地震波由于记录完整、数据可靠,在国际地震工程界被广泛引用。本报告中将其峰值加速度调整至0.15 g得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析,通过SHAKE91程序反演后,坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g,竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。计算地震时长20 s,时间步长为0.02 s,各方向地震波时程如图1.1-1至图1.1-3所示。 人工地震波,是根据《水工建筑物抗震设计规范》选取规范标准反应谱为目标谱生成。人工波生成时,迭代误差取为5%,其中特征周期T g按照基岩场地取0.3 s,反应谱最大值的代表值βmax取为2,设计加速度代表值为0.15 g。由此得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析,通过SHAKE91程序反演后,坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g,竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。计算地震时长20 s,时间步长为0.02 s,各方向地震时程如图1.1-4至图1.1-6所示。

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