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    境外重庆时时彩犯法吗: 复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法.pdf

    关 键 词:
    复杂 结构 抗震 分析 输入 地震波 选择 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201310301697.1

    申请日:

    2013.07.17

    公开号:

    CN103364829A

    公开日:

    2013.10.23

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回 IPC(主分类):G01V 1/28申请公布日:20131023|||实质审查的生效IPC(主分类):G01V 1/28申请日:20130717|||公开
    IPC分类号: G01V1/28 主分类号: G01V1/28
    申请人: 大连海事大学
    发明人: 王东升; 岳茂光; 李晓莉; 孙治国; 石岩
    地址: 116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号
    优先权:
    专利代理机构: 大连东方专利代理有限责任公司 21212 代理人: 曲永祚;李洪福
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310301697.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.08.11|||2013.11.20|||2013.10.23

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法,以满足高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构的抗震需求。首先在美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成初选数据库。其次依场地条件以初选数据库中备选地震波反应谱与设计反应谱,在平台段与复杂结构前几阶周期点附近谱值的相对加权平均误差最小为双控指标,确定具体的输入地震波以实现时程分析结果与反应谱分析统计一致性要求。选波方法易于工程实现及和多振型分解反应谱法进行比较。此外因为在指定的初选数据库中选择,可保证场地条件类别相近及输入地震波的质量。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法,其特征在于:
    步骤一,基于美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成工程抗震分析用小型强震数据库;
    步骤二,基于工程抗震分析用小型强震数据库,选择地震波,依场地条件以工程抗震分析用小型强震数据库中备选地震波反应谱与设计反应谱,在平台段与复杂结构前几阶周期点附近谱值的相对加权平均误差最小为双控指标,确定具体的输入地震波以实现时程分析结果与反应谱分析统计一致性要求,在多频段控制选波方法中引入高振型影响,采用平台段反应谱的均值误差和对复杂结构影响较大的前几阶周期附近反应谱的均值误差的加权平均进行控制,即通过(1)式:
    ϵw=(β‾w(T)-β‾(T))/β‾(T)×100%,T=[0.1,Tg]ϵT=Σi=1NλiϵTiΣi=1Nλi=Σi=1Nλi|β‾Ti(T)-β‾i(T)|/β‾i(T)Σi=1Nλi×100%,T=[Ti-ΔT1,Ti+ΔT2]]]>选取针对复杂结构的地震波;
    其中,(1)式中:
    εw为反应谱平台段的均值相对误差;
    εT为结构各阶周期点附近谱值的均值相对误差的加权平均;
    为[0.1,Tg]范围内地震波放大系数谱均值;
    为[0.1,Tg]范围内规范放大系数谱平台值;
    εTi为结构第i阶自振周期Ti附近谱值均值的相对误差;
    为结构第i阶自振周期Ti附近地震波放大系数谱均值;
    为结构第i阶自振周期Ti附近规范放大系数谱均值;N为考虑的结构振型数,一般取贡献较大的前几阶振型;
    λi为结构第i阶自振周期Ti对应的均值误差的权值,可以用归一化的振型 参与系数表示;
    [Ti-⊿T1,Ti-⊿T2]为结构第i阶自振周期Ti附近的取值范围,取⊿T1=0.2s,⊿T2=0.5s,Tg为反应谱特征周期;
    (1)式中加权系数λi:取为无量纲振型计算的归一化振型参与系数λi,式(2):
    λ*i=Mi*/Σjmj]]>
    (1)式中:
    Mi*为由无量纲振型计算的第i振型的广义质量;
    为结构体系总质量;
    λ*i的物理意义表述为:若将第i振型看做单质点体系,则体系的广义质量与结构总质量的比,且此比值恒为正且依振型增加降序排列,反映了各个振型对结构动力反应贡献的相对大小,因此(1)式中加权系数取为λi=λi*;
    步骤三,将选择的地震波输入并进行时程分析,以满足高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构的抗震计算需求。

    说明书

    说明书复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法
    技术领域
    本发明涉及一种复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法。 
    背景技术
    杨溥等人在(杨溥,李英民,赖明.结构时程分析法输入地震波的选择控制指标[J].土木工程学报,2000,33(6):33-37)提出用于结构时程分析的双频段控制选波方法,仅考虑了反应谱平台段和结构基本周期的影响。 
    曲哲和叶列平等(曲哲,叶列平,潘鹏.建筑结构弹塑性时程分析中地震动记录选取方法的比较研究[J].土木工程学报,2011,44(7):10-21)对国内外建筑结构时程分析输入地震波选择方法进行了总结及比较,包括基于台站信息(震级、距离、断层特性等)、基于设计谱频段和最不利设计地震动3类应用于结构时程分析的选波方法。 
    在上述2种方法中对高阶振型的影响考虑不足,因此对于高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构分析不很适用。 
    发明内容
    本发明要解决的技术问题是提供一种引入高振型影响的针对复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法。 
    为达到以上目的,通过以下技术方案实现的: 
    复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法: 
    步骤一,基于美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成工程抗震分析用小型强震数据库; 
    工程抗震分析用小型强震数据库,该数据库从美国公开的PEER数据库中选出,其选择原则为: 
    在美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成初选数据库。数据库中选择地震波的原则如下:(1)地震震级(Ms)在6级以上;(2)震中距或断层距在20km~40km之间;(3)加速度峰值在0.15g以上;(4)高通滤波截止频率在0.2Hz以下。 因受地震记录数量限制,少量不完全满足上述条件的地震波也在选择之列。这样做法的目的是:(1)地震能够使结构发生破坏;(2)减少震级、震中距和近断层地震动效应影响;(3)保证长周期反应谱(至5s)的计算精度。 
    该小型数据库场地分为硬土、中硬(软)土和软土三类,对应土层(30m)平均剪切波速为Vs=360-750m/s、Vs=180-360m/s和Vs<180m/s,对应于美国USGS中的B类、C类和D类,近似对应《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)的I(II)类、III类和Ⅳ类。附表1-附表3依场地条件给出了选择的地震波情况,每类场地由10组双向地震波构成(20条地震波),尽量涵盖了造成大量现代工程结构破坏的Northridge地震、Kobe地震、集集地震等事件,以使震源(断层)特性接近于随机分布。 
    整个过程在指定的工程抗震分析用小型强震数据库中选择,可保证场地条件类别相近及输入地震波的质量。 
    附表说明: 
    表1为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中硬土场地地震记录。 
    表2为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中中硬(软)土场地地震记录。 
    表3为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中软土场地地震记录。 
    附表1硬土场地地震记录 


    附表2中硬(软)土场地地震记录 

    附表3软土场地地震记录 


    步骤二,基于工程抗震分析用小型强震数据库,选择地震波,依场地条件以工程抗震分析用小型强震数据库中备选地震波反应谱与设计反应谱,在平台段与复杂结构前几阶周期点附近谱值的相对加权平均误差最小为双控指标,确定具体的输入地震波以实现时程分析结果与反应谱分析统计一致性要求,在多频段控制选波方法中引入高振型影响,采用平台段反应谱的均值误差和对复杂结构影响较大的前几阶周期附近反应谱的均值误差的加权平均进行控制,即通过(1)式: 
    &epsiv;w=(β&OverBar;w(T)-β&OverBar;(T))/β&OverBar;(T)×100%,T=[0.1,Tg]&epsiv;T=Σi=1Nλi&epsiv;TiΣi=1Nλi=Σi=1Nλi|β&OverBar;Ti(T)-β&OverBar;i(T)|/β&OverBar;i(T)Σi=1Nλi×100%,T=[Ti-ΔT1,Ti+ΔT2]]]>
    选取针对复杂结构的地震波; 
    其中,(1)式中: 
    εT为结构各阶周期点附近谱值的均值相对误差的加权平均; 
    为[0.1,Tg]范围内地震波放大系数谱均值; 
    为[0.1,Tg]范围内规范放大系数谱平台值; 
    εTi为结构第i阶自振周期Ti附近谱值均值的相对误差; 
    为结构第i阶自振周期Ti附近地震波放大系数谱均值; 
    为结构第i阶自振周期Ti附近规范放大系数谱均值;N为考虑的结构振型数,一般取贡献较大的前几阶振型; 
    λi为结构第i阶自振周期Ti对应的均值误差的权值,可取为归一化的振型参与系数表示; 
    [Ti-⊿T1,Ti-⊿T2]为结构第i阶自振周期Ti附近的取值范围,取⊿T1=0.2s,⊿T2=0.5s,Tg为反应谱特征周期; 
    (1)式中加权系数λi:由于振型参与系数与振型归一化方法(胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社,1988)相关,其可正、可负且依振型无序排列,通过无量纲振型计算(胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社,1988)的归一化振型参与系数λ*i,式(2): 
    λ*i=Mi*/Σjmj]]>
    (2)式中: 
    Mi*为由无量纲振型计算的第i振型的广义质量; 
    为结构体系总质量; 
    λ*i的物理意义表述为:若将第i振型看做单质点体系,则体系的广义质量与结构总质量的比,且此比值恒为正且依振型增加降序排列,反映了各个振型对结构动力反应贡献的相对大小,因此(1)式中加权系数取为λi=λi*。 
    步骤三,将选择的地震波输入并进行时程分析,以满足高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构的抗震计算需求,由于式(2)也是SAP2000或MIDAS等工程软件计算振型贡献率的理论依据,加权系数等可直接在自振特性分析结果文件中可以查到; 
    采用上述技术方案的本发明引入了高阶振型的影响且相关参数具有明确的物理意义,并可由常用工程抗震分析软件计算,易于工程实现及和(多)振型分解反应谱法进行比较。此外因为在指定的工程抗震分析用小型强震数据库中选择,可保证场地条件类别相近及输入地震波的质量。 
    上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。 
    附图说明
    本发明共3幅附图,其中: 
    图1为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中硬土场地反应谱与I、Ⅱ类场地设计反应谱的比较示意图。 
    图2为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中中硬土场地反应谱与III类场地设计反应谱的比较示意图。 
    图3为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中软土场地反应谱与Ⅳ类场地设计反应谱的比较。 
    图中:A表示放大系数;T表示周期;a表示硬土场地单条波的反应谱;b表示Ⅰ类场地反应谱的平均值;c表示Ⅰ类场地水平向规范值;d表示Ⅱ类场地水平向规范谱;e表示中硬土场地单条波的反应谱;f表示Ⅲ类场地反应谱的平均值;g表示Ⅲ类场地水平向规范谱;h表示软土场地单条波的反应谱;i表示Ⅳ类场地反应谱的平均值;j表示Ⅳ类场地水平向规范谱。 
    具体实施方式
    复杂结构抗震时程分析输入地震波的选择方法: 
    步骤一,基于美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成工程抗震分析用小型强震数据库; 
    工程抗震分析用小型强震数据库,该数据库从美国公开的PEER数据库中选出,其选择原则为: 
    在美国PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波,形成初选数据库。数据库中选择地震波的原则如下:(1)地震震级(Ms)在6级以上;(2)震中距或断层距在20km~40km之间;(3)加速度峰值在0.15g以上;(4)高通滤波截止频率在0.2Hz以下。因受地震记录数量限制,少量不完全满足上述条件的地震波也在选择之列。这样做法的目的是:(1)地震能够使结构发生破坏;(2)减少震级、震中距和近断层地震动效应影响;(3)保证长周期反应谱(至5s)的计算精度。 
    该小型数据库场地分为硬土、中硬(软)土和软土三类,对应土层(30m)平均剪切波速为Vs=360-750m/s、Vs=180-360m/s和Vs<180m/s,对应于美国USGS中的B类、C类和D类,近似对应《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)的I(II)类、III类和Ⅳ类。附表1-附表3依场地条件给出了选择的地震波情况,每类场地由10组双向地震波构成(20条地震波),尽量涵盖了造成大量现代工程结构破坏的Northridge地震、Kobe地震、集集地震等事件,以使震源(断层)特性接近于随机分布。 
    整个过程在指定的工程抗震分析用小型强震数据库中选择,可保证场地条件类别相近及输入地震波的质量。 
    附表说明: 
    表1为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中硬土场地地震记录。 
    表2为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中中硬(软)土场地地震记录。 
    表3为本发明的工程抗震分析用小型强震数据库中软土场地地震记录。 
    附表1硬土场地地震记录 

    附表2中硬(软)土场地地震记录 


    附表3软土场地地震记录 

    图1至图3给出了不同场地类别20条地震波的平均反应谱与对应的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)(放大系数)的比较。总体上看:中硬场地和软土场地分别与III类、IV场地二者符合很好;硬土场地和II类场地二者符合较好;而I类场地设计谱在周期0.3-2s范围内与硬土场地平均谱符合不是很好,后者谱值略高,工程应用看将偏于安全。 
    实际复杂结构抗震时程分析时建议:对I(Ⅱ)场地可从硬土场地选择地震波;对III类和Ⅳ类场地可分别从中硬土和软土场地中选择地震波。 
    考虑高振型影响的输入地震波选择准则: 
    步骤二,基于工程抗震分析用小型强震数据库,选择地震波,依场地条件 以工程抗震分析用小型强震数据库中备选地震波反应谱与设计反应谱,在平台段与复杂结构前几阶周期点附近谱值的相对加权平均误差最小为双控指标,确定具体的输入地震波以实现时程分析结果与反应谱分析统计一致性要求,在多频段控制选波方法中引入高振型影响,采用平台段反应谱的均值误差和对复杂结构影响较大的前几阶周期附近反应谱的均值误差的加权平均进行控制,即通过(1)式: 
    &epsiv;w=(β&OverBar;w(T)-β&OverBar;(T))/β&OverBar;(T)×100%,T=[0.1,Tg]&epsiv;T=Σi=1Nλi&epsiv;TiΣi=1Nλi=Σi=1Nλi|β&OverBar;Ti(T)-β&OverBar;i(T)|/β&OverBar;i(T)Σi=1Nλi×100%,T=[Ti-ΔT1,Ti+ΔT2]]]>
    选取针对复杂结构的地震波; 
    其中,(1)式中: 
    εT为结构各阶周期点附近谱值的均值相对误差的加权平均; 
    为[0.1,Tg]范围内地震波放大系数谱均值; 
    为[0.1,Tg]范围内规范放大系数谱平台值; 
    εTi为结构第i阶自振周期Ti附近谱值均值的相对误差; 
    为结构第i阶自振周期Ti附近地震波放大系数谱均值; 
    为结构第i阶自振周期Ti附近规范放大系数谱均值;N为考虑的结构振型数,一般取贡献较大的前几阶振型; 
    λi为结构第i阶自振周期Ti对应的均值误差的权值,可取为归一化的振型参与系数表示; 
    [Ti-⊿T1,Ti-⊿T2]为结构第i阶自振周期Ti附近的取值范围,取⊿T1=0.2s,⊿T2=0.5s。Tg为反应谱特征周期; 
    (1)式中加权系数λi:由于振型参与系数与振型归一化方法(胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社,1988)相关,其可正、可负且依振型无序排列,通过无量纲振型计算(胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社,1988)的归一化振型参与系数λ*i,式(2): 
    λ*i=Mi*/Σjmj]]>
    (2)式中: 
    Mi*为由无量纲振型计算的第i振型的广义质量; 
    为结构体系总质量; 
    λ*i的物理意义表述为:若将第i振型看做单质点体系,则体系的广义质量与结构总质量的比,且此比值恒为正且依振型增加降序排列,反映了各个振型对结构动力反应贡献的相对大小,因此(1)式中加权系数取为λi=λi*。 
    步骤三,满足步骤二的两项算式条件,即为高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构匹配地震波,然后将选择的地震波输入并进行时程分析,以满足高墩大跨梁桥、斜拉桥、悬索桥、超高层建筑等复杂结构的抗震计算需求,由于式(2)也是SAP2000或MIDAS等工程软件计算振型贡献率的理论依据,加权系数等可直接在自振特性分析结果文件中可以查到。 
    采用上述技术方案的本发明引入了高阶振型的影响且相关参数具有明确的物理意义,并可由常用工程抗震分析软件计算,易于工程实现及和(多)振型分解反应谱法进行比较。此外因为在指定的工程抗震分析用小型强震数据库中选择,可保证场地条件类别相近及输入地震波的质量。 
    以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。 

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