4.2.2.1 地震动的选择方法
动力弹塑性分析的关键问题之一就是如何选取合适的地震波。由于地震波自身非常复杂,且不同的地震波之间离散性很大,因此必须提出一个科学合理的地震波选择方法。
目前选波方法分为以下两大类:
(1)基于设计反应谱的选波方法
设计反应谱是工程结构抗震设计的重要依据,具有与设计反应谱相近的反应谱的地震波,将符合该场地未来可能遭遇的地震特征。然而,天然地震波的反应谱和设计反应谱势必有所不同,因此人工合成与设计反应谱接近的地震波是一个选择。
(2)基于标准地震波数据库的选波方法
历史震害表明,实际发生地震波的反应谱与设计反应谱的特征有很大差异。考虑到地震波的随机性特征,其反应谱也应该是一个随机变量,而非规范中规定的一条确定的曲线。因此,建立标准地震波数据库,直接根据建筑物所处场地的特征选用标准数据库中的地震波进行分析,以获得考虑了各种地震波随机性影响的统计结果。工程设计中,大多数国家采用第一类方法。版图较小、地震机理相对清晰的国家,同时参考第二种方法。
本文将采用下述方法选择适合结构分析的地震记录:
(1)根据选波三要素(强度、频谱特性、持时)初选地震波;
(2)对所选地震波反应谱场地特征周期gT 的误差不超过 20%;
(3)对结构周期 T 附近(0.2 T ,1.5 T )段的加速度反应谱均进行控制,要求与设计反应谱在该区间各周期点的偏差控制不超过 20%;
(4)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%。
4.2.2.2 地震动选取过程
(1)根据选波三要素(强度、频谱特性、持时)初选地震波
首先确定有效持时,有效持时一般为结构基本周期的 5~10 倍,本文气柜的基本周期为 0.40s,有效持时均为 2s~4s。依据有效持时等条件,从太平洋地震工程研究中心网站下载了 200 条天然地震波。然后进行频谱特性的筛选,将下载的原始地震波加速度时程曲线数据导入 SeismoSignal 软件中,在软件 Ground Motion Parameters 栏中的 Intensity Parameters 处查看 Predominant Period 项中地震波卓越周期,与本文场地特征周期接近,则是合理的地震波。本文气柜的特征周期为 0.40s,所选地震波的卓越周期控制在0.2s~0.6s 之间。最后进行强度调整,将地震记录的加速度值按适当的比例放大或缩小,使其峰值加速度等于事先所确定的设计地震加速度峰值。即令
(2)根据场地特征周期考查所选地震波反应谱
将上一步初选出的地震波加速度转换成以 g 为单位,以方便提取地震波的伪加速度谱。在Ground Motion Parameters栏中第一项Max.Aceleration得出地震波最大的加速度值,将这个值调整(放大或缩小)为 1。点击 Elastic/Inelastic Response Spectra 栏,在设置栏中将加速度谱的周期改为 6s(为方便与我国抗震规范进行比较),点击 Refresh,软件将自动计算地震波的伪加速度谱,提取地震波的伪加速度—周期曲线数据。本文算例位于 II 类场地,设计地震分组为第二组,特征周期值为 0.40s。将提取选出地震记录的动力放大系数 β 谱列入图 4.5,与标准 β 谱在 0.08s~0.60s 的平台段进行比较,其最大误差为18.35%。所选地震波的 β 谱在平台段范围内的平均值与标准 β 谱的误差在 20%以内,见图 4.6。
(3)根据结构周期考查所选地震波反应谱
根据图 4.5 和图 4.6 所选地震记录的动力放大系数 β 谱和平均 β 谱,对 β 值与标准 β谱在该结构第一周期(0.399s)附近对应的 β 值进行比较,即结构在基本周期TTTT]1,1[ 范围内与标准谱的误差应小于 20%,因此取 0.08s~0.60s 的平台段进行比较,得其最大误差为 18.35%,小于 20%,从而满足多条地震波 β 谱的平均值与标准值在结构基本周期点附近的误差不会相差很大。 依据以上步骤选出 8 条地震记录见如表4.4,8 条地震波波形图见图 4.7。
(4)根据弹性时程分析所得结果判断所选地震波合理性
运用上述 8 条地震波对结构进行常遇地震下动力时程分析,得最大底部剪力值和最大顶点位移角见表 4.5。根据第三章计算结果,在同等地震强度下振型分解反应谱法得到的底部剪力值为 2590.49kN,单条地震记录计算得到的结构最大底部剪力均大于振型分解反应谱法得到的底部剪力值的 65%;8 条地震记录计算得到的平均底部剪力值为2108.4kN,大于振型分解反应谱法计算的底部剪力的 80%。因此,动力时程分析所选的地震波是合理的。结构平均最大顶点位移角为 1/3690,满足顶点位移角限值为 1/1000的要求。