(西華大學(xué) 四川 成都 610000)

一、地震波的選取

地震波的選取對(duì)結(jié)構(gòu)時(shí)程分析的結(jié)果影響特別大，對(duì)同一橋梁輸入不同的地震波，結(jié)果一般具有很大的離散性，過大的離散型無法分析出橋梁的抗震薄弱環(huán)節(jié)，所以無論是同一場(chǎng)地的不同橋梁還是不同場(chǎng)地的相同橋梁，都需要選擇能有效運(yùn)用于抗震分析的地震波來保證橋梁動(dòng)力時(shí)程分析的準(zhǔn)確性，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為地震動(dòng)的選取需要符合幾個(gè)指標(biāo)，包括了地震動(dòng)記錄的峰值、頻譜特性、持續(xù)時(shí)間，這些參數(shù)需要與規(guī)范相接近。

我國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01——2008)的5.2.3中規(guī)定，考慮到地震動(dòng)的隨機(jī)性，選擇的地震加速度時(shí)程曲線，要滿足地震動(dòng)三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間要符合規(guī)定。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，在選取地震波的時(shí)候可以考慮4個(gè)控制指標(biāo)：

(一)地震波特征周期。地震波在場(chǎng)地中傳播時(shí)，不同的場(chǎng)地土質(zhì)對(duì)地震波會(huì)有一個(gè)篩選作用，所以不同場(chǎng)地的地震效應(yīng)是不相同的，選用的地震波特征周期應(yīng)該和橋梁所在的場(chǎng)地固有周期接近。

場(chǎng)地的固有周期和土層的覆蓋厚度和土層的密實(shí)程度有關(guān)系，最簡(jiǎn)便的方式是通過《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》進(jìn)行查閱，首先根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)查找到橋址處的場(chǎng)地類別(見附錄表1)。根據(jù)區(qū)劃圖查找到場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期，根據(jù)表2(見附錄)調(diào)整場(chǎng)地的反應(yīng)譜特征周期Tg。

EPA為有效峰值加速度；EPV為有效峰值速度。

為了與設(shè)計(jì)時(shí)的地震烈度相當(dāng)，對(duì)選用的地震記錄加速度時(shí)程曲線應(yīng)按一定比例放大或者縮小。

Ci為抗震重要性系數(shù)(取值見附錄表3)；Cs為場(chǎng)地系數(shù)(取值見附錄表4)；Cd為阻尼調(diào)整系數(shù)：當(dāng)阻尼比選用0.05時(shí)，取Cd=1；A為設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值(可由地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖查找)。

再結(jié)合midas的地震波數(shù)據(jù)生成器功能可計(jì)算EPA和EPV的大小，將選取的地震波數(shù)據(jù)輸入到程序的地震波數(shù)據(jù)生成器中，得到所選地震波的絕對(duì)加速度反應(yīng)譜和擬速度反應(yīng)譜。

計(jì)算EPA與EPV有兩種計(jì)算方式：1.固定頻段法。將阻尼比為0.05的加速度反應(yīng)譜取周期為0.1～0.5秒之間的值平均為Sa，速度反應(yīng)譜取周期為0.5～2秒之間的平均值為SV。2.不固定頻段法。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中同時(shí)做出絕對(duì)加速度反應(yīng)譜和擬速度反應(yīng)譜，找到加速度反應(yīng)譜平臺(tái)段的起始周期T0和結(jié)束周期T1，在擬速度反應(yīng)譜上選定平臺(tái)段，起始周期為T1，結(jié)束周期為T2，Sa為T0到T1之間的頻譜平均值，SV為T1到T2之間的頻譜平均值。

EPA和EPV的值為：EPV=Sv/2.5；EPA=Sa/2.5

(二)持時(shí)控制指標(biāo)。規(guī)范要求所選的地震波的持續(xù)時(shí)間不小于結(jié)構(gòu)的基本周期的5～10倍。

(三)頻率控制。由于設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜是經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)際情況分析得到的包含多數(shù)地震效應(yīng)的結(jié)果，所以選擇的實(shí)際地震波的加速度反應(yīng)譜在[0.1～Tg]平臺(tái)段的平均值與設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜相差不超過10%～20%。

二、地震波的輸入

對(duì)于跨度不大的橋梁，一般采用一致激勵(lì)的方式輸入地震波，即假設(shè)結(jié)構(gòu)的各個(gè)支撐點(diǎn)受到的地震波是一致的。

對(duì)于跨度很大的橋梁，由于結(jié)構(gòu)支撐部分各個(gè)點(diǎn)受到的地震波激勵(lì)經(jīng)歷不同的路徑、不同的地質(zhì)條件，所以位于不同位置的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)必然存在差異，說明多點(diǎn)激勵(lì)更加符合實(shí)際的地震動(dòng)輸入方式，所以大跨度橋梁的地震反應(yīng)分析中考慮地震波的空間變異非常重要。

造成這種差異的原因有很多，包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)、波的衰減效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng)等，衰減效應(yīng)影響很小，基本可以忽略，重點(diǎn)考慮其他三種情況。

1.行波效應(yīng)：在行波效應(yīng)影響下，地震波到達(dá)不同支撐點(diǎn)會(huì)有一定時(shí)間差，所以考慮行波效應(yīng)實(shí)際上是假設(shè)波速、波形和頻率不變，只考慮時(shí)間遲滯和振幅衰減。2.部分相干效應(yīng)：地震波在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的反射、折射和散射，且場(chǎng)地不同位置處的地震波疊加方式不同導(dǎo)致相干函數(shù)的損失。3.局部場(chǎng)地效應(yīng)：主要是由于基底各支點(diǎn)處局部土層不同，引起基巖到地表的地震波中各種頻率的含量不同。

三、小結(jié)

(1)需要根據(jù)規(guī)范給出的控制指標(biāo)來選取適合不同場(chǎng)地、不同結(jié)構(gòu)的地震波。(2)需要根據(jù)橋梁的跨度和場(chǎng)地的復(fù)雜程度來選取是一致激勵(lì)還是多點(diǎn)激勵(lì)的地震波輸入方法。

附錄

表2 中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期調(diào)整表

表3 各類橋梁的抗震重要性系數(shù)

表4 場(chǎng)地系數(shù)Cs