周兆輝　蘇志彬

【摘要】通過介紹時程分析法中輸入地震波的選擇原則、地震動幅值和頻率特性等一系列問題，使初學(xué)者對輸入地震波的選擇有初步認(rèn)識和了解，為以后更深層次的研究打下基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】時程分析法；地震波選擇

1、引言

隨著社會、經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展以及人口數(shù)量的迅速膨脹，高層、超高層以及復(fù)雜形狀的建筑的數(shù)量定會快速增長。抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對于此類重要、復(fù)雜并超過規(guī)定高度的建筑，其抗震設(shè)計中的地震作用計算都要通過時程分析法進行補充驗證。而在時程分析法的計算過程中最重要，最影響地震作用計算結(jié)果的莫過于地震波的選取。所以，本文將從地震波選取原則、地震動幅值、頻譜特性、持續(xù)時間、地震波數(shù)量、地震波轉(zhuǎn)動分量等多個方面對地震波的選取進行淺析。

2、地震波的選取原則

時程分析中的地震波如何選取的問題，一直是時程分析法中的一個難點。在選擇地震波輸入時，要滿足兩點要求：

1）首先要使選擇輸入的地震波的某些參數(shù)和建筑物所在地的條件相一致。參數(shù)主要包括：場地的土壤類別、地震烈度、地震強度參數(shù)、卓越周期和反應(yīng)譜等。

2）其次還要滿足地震活動三要素的要求。即頻譜特性、地震加速度時程曲線持續(xù)時間和幅值，選取的地震波中的這三者，要滿足相關(guān)規(guī)定。相關(guān)規(guī)定要求：選用數(shù)字化的地震波應(yīng)按照建筑場地類別和設(shè)計地震分組進行選取，選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜分析法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。在統(tǒng)計意義上相符是指：其平均地震影響曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用到的地震影響系數(shù)曲線相比，在各個周期點上相差不大于20%。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于陣型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%。多條時程曲線計算結(jié)果的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的80%[1]。

3、地震動幅值

地震動幅值有兩種意義，即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一種的最大值，又可以指在某種意義下的等代值。在一定程度上，地震波的峰值能夠反應(yīng)并代表地震波的強度，所以，建筑物所在地的設(shè)防烈度所要求的多遇地震或罕遇地震的最大值應(yīng)與輸入地震波的主振型的最大值相當(dāng)，否則應(yīng)該按下式對地震波的最大值進行調(diào)整。

其中， 為相應(yīng)烈度下統(tǒng)計的地面運動值； 分別表示調(diào)整后的地震波時程曲線；

為選出地震記錄的最大峰值； 為選出的地震波時程曲線[2]。

4、頻譜特性

頻譜的定義是地面運動的頻率成分及各頻率的影響程度。建筑物所在地的土地性質(zhì)、地震的傳播區(qū)域、地震的傳播距離以及地震的傳播介質(zhì)對地震波的頻譜特性都有很大的影響。很多次現(xiàn)實中的地震記錄表明，當(dāng)某地發(fā)生地震時，同一震區(qū)的不同建筑會有截然不同的地震損害表現(xiàn)。這說明不同頻譜組成的地震動，在不同的條件下，對不同自振周期的結(jié)構(gòu)物，會產(chǎn)生不同程度的震害。

滿足頻譜要求下的地震波選取的方法：1）盡可能使擬建場地特征周期與選取輸入地震波的卓越周期保持一致。2）盡可能使擬建場地的震中距與選擇輸入地震波的震中距保持一致[2]。

5、持續(xù)時間

對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)產(chǎn)生較大影響的地震性質(zhì)還包括地震動持時這一方面，尤其是地震過程中彈塑性反應(yīng)階段（即非線性反應(yīng)階段）的持時。當(dāng)結(jié)構(gòu)進入彈塑性反應(yīng)階段后，局部會產(chǎn)生微裂紋，從而產(chǎn)生應(yīng)力的集中，進而使破裂在應(yīng)力不變的條件下繼續(xù)增大，使結(jié)構(gòu)體系發(fā)生進一步的變化。再加上局部的碰撞，使得結(jié)構(gòu)會發(fā)生移動、錯位、甚至倒塌的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)物從微破裂到倒塌是一個不斷累積的過程，所以，從累積效應(yīng)看，地震動的持時對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有很大的影響。

時程分析時確定選取地震波的有效持續(xù)時間的方法：

1） 選取的持續(xù)時間應(yīng)包含地震記錄的最強烈部分。

2） 一般取結(jié)構(gòu)基本周期的5倍～10倍作為地震動持續(xù)時間。

3） 當(dāng)僅對結(jié)構(gòu)進行彈性時程分析 ，持續(xù)時間可取短些；當(dāng)對結(jié)構(gòu)進行彈塑性時程分析或耗能過程分析時，持續(xù)時間可取長些[3]。

6、地震波轉(zhuǎn)動分量

一般來說，地震波實際上有6個分量，即沿3個相互正交的軸的平動分量和繞其轉(zhuǎn)動的3個轉(zhuǎn)動分量。但由于目前觀測條件的不足，有關(guān)轉(zhuǎn)動分量的地震記錄較少，所以轉(zhuǎn)動作用一般要根據(jù)平動分量推測的量級分析為依據(jù)，進而對旋轉(zhuǎn)運動做出假定來估計。

7 、地震波數(shù)量確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，選取輸入地震波數(shù)量的確定為兩類：

1）當(dāng)選用一組人工模擬的時程分析曲線和選用兩組或多于兩組的實際記錄的時程分析曲線作為輸入時，此時計算結(jié)果宜取振型分解反應(yīng)譜法的較大值和時程法的包絡(luò)值；

2）當(dāng)需要更高保證率時，應(yīng)選用數(shù)量更多的地震波[1]。

結(jié)語：

地震波的選用對時程分析法的計算結(jié)果有著決定性的影響，所以在地震波選用過程中，上述提到的幾個方面都應(yīng)被密切關(guān)注，以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。相信在不久的將來，地震波的選用一定會做出巨大的突破，時程分析法的準(zhǔn)確性和可依賴性，能夠更上一個臺階。

參考文獻：

[1]GB50011─2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]楊川丁.淺析動力時程分析中地震波的選取[J].四川建材，2012，38（3）：52-52.

[3]胡文源，鄒晉華.時程分析中有關(guān)地震波選取的幾個注意問題[J].江西理工大學(xué)學(xué)報，2003，24（4）：25-28.

作者簡介：

周兆輝（1998-），男，漢族，山東莒縣人，本科在讀，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 聊城 252059，從事工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究。

蘇志彬（1980-），男，漢族，河北景縣人，講師，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 聊城 252059，從事工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究。

基金項目：

本項目得到“聊城大學(xué)大學(xué)生科技文化創(chuàng)新基金資助，項目編號：26312172806”。