一種基于主余震序列的能量譜預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及基于主余震序列的能量譜預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從歷史上地震可知，大的主震之后往往伴隨著許多條余震，形成主余震序列型地 震動(dòng)。例如，2008年5月12日四川汶川8.0級(jí)大地震，在5月31日之前記錄到有五條震級(jí)超過 6.0的余震。對(duì)于許多結(jié)構(gòu)在大的主震作用下發(fā)生破壞，不可能在余震發(fā)生之前這么短的時(shí) 間內(nèi)修復(fù)，換而言之，主震使得結(jié)構(gòu)發(fā)生大的破壞而余震則使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了二次破壞。然 而，幾乎世界上所有國(guó)家的規(guī)范中只考慮了一次主震的情況，而忽略了余震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 因此，研究主余震序列型地震動(dòng)對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的影響是非常必要的。
[0003]地震通過能量的形式傳遞到結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)通過自身的滯回作用耗散來自地震的能 量，因此，在抗震設(shè)計(jì)中考慮采用能量的方法來研究地震的需求和結(jié)構(gòu)的耗能能力是更加 合理的。輸入能是地震動(dòng)傳遞到結(jié)構(gòu)上的能量指標(biāo)，它是由動(dòng)能、阻尼耗能、彈性應(yīng)變能和 滯回耗能組成。已有研究表明基于能量的抗震設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法更加合理、有效。而 應(yīng)用能量方法的前提就是如何合理地表征結(jié)構(gòu)在地震作用下的能量需求和能力，因此，輸 入能被作為核心考慮進(jìn)入了基于能量的抗震設(shè)計(jì)中了。然而，目前學(xué)者提出的能量譜模型 均是基于主震單獨(dú)作用，而忽略了余震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，因此提出基于主余震的能量譜模型， 對(duì)于結(jié)構(gòu)基于能量的抗震設(shè)計(jì)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決目前提出的能量譜模型均是基于主震單獨(dú)作用，而忽略了余震 對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的問題，而提出的一種基于主余震序列的能量譜預(yù)測(cè)方法。
[0005] -種基于主余震序列的能量譜預(yù)測(cè)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一:選取非彈性SDOF結(jié)構(gòu)，并確定非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，所述SDOF為單 自由度；
[0007] 步驟二:根據(jù)步驟一中確定的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，求解基底受水平地震 動(dòng)的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程得到E1，所述E 1S絕對(duì)輸入能；
[0008] 步驟三:根據(jù)步驟二得到EI，求得Ve，所述Ve為絕對(duì)輸入能的等效速度；
[0009] 步驟四：根據(jù)步驟三得到的VE，擬合得到基于主余震的能量譜模型為：
[0011]其中所述!為在主余震作用下地震動(dòng)記錄的峰值加速度PGA為0.1 g的絕對(duì)輸入 能等效速度，g為重力加速度;T為非彈性SDOF結(jié)構(gòu)周期，TjPT2為兩個(gè)周期分隔點(diǎn)，a、b、c、d 為擬合系數(shù)。
[0012] 發(fā)明效果：
[0013] 本發(fā)明選取了B和C兩種類型場(chǎng)地主余震序列地震動(dòng)，將余震和主震的相對(duì)強(qiáng)度調(diào) 幅至三個(gè)不同水平(0.5,0.8，1.0)，來考慮不同強(qiáng)度余震對(duì)結(jié)構(gòu)能量的影響。本發(fā)明提出的 能量譜模型考慮了不同強(qiáng)度的余震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，選取了理想彈塑性模型，解決了目前提 出的能量譜模型均是基于主震單獨(dú)作用，而忽略了余震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的問題，本發(fā)明能夠 應(yīng)用于結(jié)構(gòu)在主余震作用下的基于能量抗震設(shè)計(jì)。本發(fā)明與實(shí)際地震情形更為吻合，由于 考慮了余震的影響，本發(fā)明比其他模型的精度提高了 20%~40%。本發(fā)明在使用時(shí)，非常簡(jiǎn) 單實(shí)用，根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及其所在場(chǎng)地的主余震危險(xiǎn)性水平，即可通過能量譜模型計(jì) 算得到該結(jié)構(gòu)在主余震作用下輸入能大小。
【附圖說明】
[0014] 圖1為5種不同主震PGA的輸入能時(shí)程圖；
[0015]圖2為不同結(jié)構(gòu)周期下4種不同主震PGA的輸入能與PGA = O. Ig的輸入比值圖；
[0016] 圖3為結(jié)構(gòu)延性系數(shù)μ = 2時(shí)能量譜模型計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)值的比較圖（VTG'/? = 0.5 );
[0017] 圖4為結(jié)構(gòu)延性系數(shù)μ = 4時(shí)能量譜模型計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)值的比較圖（WHi = 0.5);
[0018] 圖5為結(jié)構(gòu)延性系數(shù)μ = 5時(shí)能量譜模型計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)值的比較圖（V/YJ/i = 0.5 );
[0019] 圖6為結(jié)構(gòu)延性系數(shù)μ = 6時(shí)能量譜模型計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)值的比較圖（VPGzi = 0_5);
[0020] 圖7為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0021] 一:如圖7所示，一種基于主余震序列的能量譜預(yù)測(cè)方法包括以下步 驟：
[0022] 當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，在一個(gè)大的主震后面往往伴隨著許多條余震。就現(xiàn)階段而言，選擇 所有的余震進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，是一個(gè)非常困難而龐大的工程，較大程度上增加了計(jì)算量，然而 小的余震對(duì)于結(jié)構(gòu)卻沒太多的影響。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本文選取了一條較大的余震來組成地 震動(dòng)序列。
[0023] 挑選主震及余震地震動(dòng)時(shí)遵循以下的條件：（1)測(cè)量記錄的加速度儀所在臺(tái)站有 足夠的地質(zhì)和巖土信息可用；（2)自由場(chǎng)地臺(tái)站的記錄或可以忽略土結(jié)相互作用的一樓低 層建筑；（3)主震地震動(dòng)及余震地震動(dòng)的峰值地面加速度PGA均大于O.lg。最終，共挑選出 218條序列型地震動(dòng)。按照USGS的場(chǎng)地劃分標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明選取的記錄均在B類及C類場(chǎng)地上， 沒有軟土場(chǎng)地的記錄。
[0024] 本發(fā)明采用來表征余震地震動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)度，的定義如下：
[0026] 式中PGAas為余震地震動(dòng)的加速度，PGAms為主震地震動(dòng)的加速度；
[0027] 將余震地震動(dòng)的VPGJ調(diào)幅至不同的水平來代表不同強(qiáng)度的余震地震動(dòng)。對(duì)于包 含一次余震的主余震序列，將W3GJ調(diào)幅至0.5、0.8和1.0。地震震級(jí)對(duì)地震動(dòng)的強(qiáng)度有著很 大的影響，而余震的震級(jí)要低于主震的震級(jí)，因此一般情況下余震地震動(dòng)的強(qiáng)度都會(huì)小于 主震地震動(dòng)，因此本發(fā)明將最大調(diào)幅至1.0 ，即余震地震動(dòng)的強(qiáng)度等于主震地震動(dòng)。
[0028]步驟一:選取非彈性SDOF結(jié)構(gòu)，并確定非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，所述SDOF為單 自由度；
[0029]步驟二:根據(jù)步驟一中確定的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，求解基底受水平地震 動(dòng)的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程得到E1，所述E1S絕對(duì)輸入能；
[0030] 步驟三:根據(jù)步驟二得到EI，求得Ve，所述Ve為絕對(duì)輸入能的等效速度；
[0031] 步驟四：根據(jù)步驟三得到的VE，擬合得到基于主余震的能量譜模型為：
[0033]其中所述為在主余震作用下地震動(dòng)記錄的峰值加速度PGA為0.1 g的絕對(duì)輸入 能等效速度，g為重力加速度;T為非彈性SDOF結(jié)構(gòu)周期，TjPT2為兩個(gè)周期分隔點(diǎn)，a、b、c、d 為擬合系數(shù)。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述步驟一中非彈性 SDOF結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性具體為：
[0035] SDOF結(jié)構(gòu)的周期范圍為0.1-6. Os，周期間隔為0.1s，設(shè)SDOF結(jié)構(gòu)的阻尼比為5 %， 選取SDOF結(jié)構(gòu)的滯回規(guī)則為理想彈塑性(EPP)模型；
[0036] SDOF結(jié)構(gòu)的側(cè)向強(qiáng)度通過延性系數(shù)μ確定，μ的取值為2、3、4、5或6 4的計(jì)算公式 為：
[0038] 其中所述Xmax為地震作用下結(jié)構(gòu)的最大位移反應(yīng)，Xy為結(jié)構(gòu)的屈服位移。
【具體實(shí)施方式】 [0039] 三:本實(shí)施方式與一或二不同的是:所述步驟二中求 解基底受水平地震動(dòng)的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程得到E 1具體過程為：
[0040] 基底受水平地震動(dòng)的非彈性SDOF結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0041 ] mi', +ci'+ /[ -0 C3)
[0042]其中所述m為非彈