宋斌華 唐 毅

(機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039)

地震波峰值包絡(luò)曲線對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響

宋斌華 唐 毅

(機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039)

根據(jù)目標(biāo)地震反應(yīng)譜，采用三角級(jí)數(shù)疊加法生成有效峰值和持續(xù)時(shí)間均相同，但峰值包絡(luò)曲線不相同的一系列人工地震波，運(yùn)用Midas Building軟件對(duì)一個(gè)6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震波反應(yīng)彈性時(shí)程分析。計(jì)算結(jié)果表明：地震波峰值包絡(luò)曲線是影響結(jié)構(gòu)地震波反應(yīng)的主要因素。

地震波，包絡(luò)曲線，地震反應(yīng)譜

0 引言

地震波是強(qiáng)非平穩(wěn)過(guò)程。地震波特性除頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間外，峰值包絡(luò)曲線也是影響地震反應(yīng)的主要因素［1］。

為了研究地震波峰值包絡(luò)曲線對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，需要保證地震波其他特性相同，如頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間等。為此，由于不存在滿足條件的天然地震波，需要人工生成滿足條件的地震波。

1 人工地震波生成

人工地震波生成方法有多種，其中三角級(jí)數(shù)疊加法為最普遍的經(jīng)典方法［2］。該方法的基本原理是，首先按照所采用的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)地震烈度、場(chǎng)地類別等設(shè)計(jì)參數(shù)確定設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，也就是期望反應(yīng)譜。通過(guò)期望反應(yīng)譜近似地計(jì)算出人工地震波的功率譜，再根據(jù)功率譜得到的傅里葉幅值譜加上隨機(jī)相位作傅里葉逆變換并加上峰值包絡(luò)曲線，便可得到近似人工地震波;接下來(lái)計(jì)算近似人工地震波的反應(yīng)譜，并用期望反應(yīng)譜與計(jì)算反應(yīng)譜的比值修改傅里葉幅值譜，重新生成人工地震波，不斷進(jìn)行循環(huán)迭代，直至反應(yīng)譜在控制頻率點(diǎn)處的誤差處于允許的范圍內(nèi)。

人工地震波的時(shí)間間隔取0．02 s，持續(xù)時(shí)間為20 s，目標(biāo)反應(yīng)譜取GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的6度區(qū)，地震設(shè)計(jì)分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，阻尼比取0．05，允許誤差為5%，此時(shí)，地震波的有效峰值相同，頻譜特性可以保證在允許誤差范圍內(nèi)。如圖1所示，人工地震波s1的峰值包絡(luò)曲線為緩慢上升緩慢下降;人工地震波s2的峰值包絡(luò)曲線為急劇上升緩慢下降;人工地震波s3的峰值包絡(luò)曲線為無(wú)上升階段，即衰減型。三條人工地震波的反應(yīng)譜曲線與規(guī)范目標(biāo)反應(yīng)譜曲線如圖2所示。

2 地震波峰值包絡(luò)曲線對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響

在結(jié)構(gòu)有限元分析軟件Midas Building中，建立一鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，框架結(jié)構(gòu)平面布置如圖3所示，框架跨度為6 m，共三跨。框架結(jié)構(gòu)立面布置如圖4所示，底層層高4．5 m，2層～6層層高3．9 m?？蚣芰褐孛娉叽缫?jiàn)圖3和圖4?？紤]填充墻、女兒墻等附加質(zhì)量，框架樓面梁上施加15 kN/m的線荷載，在屋面梁上施加20 kN/m的線荷載。

地震波選取上述三角級(jí)數(shù)疊加法生成的三條人工地震波s1，s2和s3，利用軟件Midas Building對(duì)上述鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震波彈性時(shí)程分析，選擇X單向，阻尼比為0．05，框架X方向前兩階周期見(jiàn)表1。

圖1 人工地震波時(shí)程曲線

圖2 人工地震波反應(yīng)譜與規(guī)范目標(biāo)反應(yīng)譜

圖3 框架平面布置圖

框架在三條人工地震波s1，s2和s3地面運(yùn)動(dòng)輸入下各層層間位移角如表2所示，各層剪力如表3所示。

圖4 框架立面布置圖

表1 框架X方向前兩階周期

表2 各層層間位移角

表3 各層剪力

通過(guò)表2，表3數(shù)據(jù)可以看出，在三條人工地震波s1，s2和s3地面運(yùn)動(dòng)輸入下各層層間位移角最大相對(duì)誤差為28．97%，各層剪力最大相對(duì)誤差為48．91%，數(shù)據(jù)表明：地震波峰值包絡(luò)曲線是影響結(jié)構(gòu)地震波反應(yīng)的主要因素。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目標(biāo)地震反應(yīng)譜，采用三角級(jí)數(shù)疊加法生成有效峰值和持續(xù)時(shí)間均相同，但峰值包絡(luò)曲線不相同的一系列人工地震波。然后，運(yùn)用Midas Building軟件對(duì)一個(gè)6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震波反應(yīng)彈性時(shí)程分析。計(jì)算結(jié)果表明：地震波峰值包絡(luò)曲線是影響結(jié)構(gòu)地震波反應(yīng)的主要因素。

［1］樊 劍，呂 超，張 輝．地震波的時(shí)頻特征及其對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響［A］．第17屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］．2008．

［2］王 濟(jì)，胡 曉．MATLAB在振動(dòng)信號(hào)處理中的應(yīng)用［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2006：152-159．

The effect of seismic wave peak envelope curve on structural earthquake response

SONG Bin-huaTANG Yi

(Third Design and Research Institute of Machinery Industry，Chongqing 400039，China)

Firstly，according to the target earthquake response spectra，the article generates a series of artificial seismic wave whose effective peak and duration are the same but the peak envelope curve is not the same by trigonometric series superposition method．Then，earthquake wave response elastic time-history analysis is done on a 6 story reinforced concrete frame structure by software Midas Building．The results show that the seismic wave peak envelope curve is a main influencing factor of seismic response．

earthquake wave，envelope curve，earthquake response spectra

TU352．1

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.107

1009-6825(2013)10-0024-02

2013-01-29

宋斌華(1983-)，男，碩士; 唐 毅(1979-)，男，碩士，工程師