一种多向地震动综合持时的预测方法

摘要

本发明公开了一种多向地震动综合持时的预测方法，包括：步骤1，根据Arias强度定义获得地震动各预设方向加速度的Arias强度；步骤2，根据已有的地震动加速度的单向持时定义，分别计算地震动各预设方向加速度的单向持时，所述的单向持时为括号持时、一致持时或能量持时；步骤3，以Arias强度为权重函数，对地震动各预设方向加速度的单向持时进行加权平均，得地震动综合持时。本发明综合考虑了各方向上强震持时对结构的影响，能较准确地评价地震动的综合持时特性；本发明不会增加额外工作量，操作简单，易于植入地震测试分析软件。

权利要求

1.一种多向地震动综合持时的预测方法，其特征是，包括：步骤1，根据Arias强度定义获得地震动各预设方向加速度的Arias强度；

步骤2，根据已有的地震动加速度的单向持时定义，分别计算地震动各预设方向加速度的单向持时，所述的单向持时为括号持时、一致持时或能量持时；

步骤3，以Arias强度为权重函数，对预设方向加速度的单向持时进行加权平均，得地震动综合持时 其中， 表示地震动第x个预设方向加速度的Arias强度；Tx表示地震动第x个预设方向加速度的单向持时；X为预设方向数，X取2或3。

2.如权利要求1所述的多向地震动综合持时的预测方法，其特征是：所述的预设方向包括水平向和竖直向。

说明书

一种多向地震动综合持时的预测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多向地震动综合持时的预测方法，适用于预测两向或三向等多向地震动的综合持时。

背景技术

[0002] 地震动特性可以通过幅值、频谱特性、强震持时三要素来描述。地震动幅值和频谱特性对结构的影响已被广泛认识，然而随着对结构在地震作用下破坏机理的深入认识，人们越来越认识到强震持时对结构破坏的影响不容忽视。大量强震观测资料已表明，比起具有高峰值短持时的地震动，长持时中等峰值的地震动也可能导致更大的结构破坏。为了研究强震持时对结构抗震性能的影响，许多研究者已经开展了如何量化确定地震动强震持时的工作，但对强震持时定义却很不一致，目前已有近30多种不同的强震持时定义。其中典型的强震持时定义包括：括号持时、一致持时、能量持时。

[0003] 已有的强震持时定义主要用于计算单向地震加速度的持时，然而当采用时程法分析重要结构(如桥梁、高坝、高耸建筑物等)的抗震性能时，通常采用多向地震动作为地震激励荷载。如对于混凝土重力坝，当采用二维模型研究大坝抗震性能时，需同时考虑水平向和竖直向地震动的影响；对于混凝土高拱坝，当采用三维模型研究大坝抗震性能时，需同时考虑横河向、顺水流向和竖直向地震动的影响。

[0004] 因此，为了解决多向地震激励与强震持时之间的衔接问题，一种用于考虑各向地震动持时贡献的综合持时定义有必要提出。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种多向地震动综合持时的预测方法，适用于多向地震激励作用下结构的综合持时的预测。

[0006] 综合持时基于已有的单向持时进行定义，采用地震动强度参数中的Arias(阿里亚斯)强度作为权重函数，对单向持时进行加权平均获得。

[0007] 本发明思路为：

[0008] 根据Arias强度定义可分别获得地震动不同方向加速度的Arias强度；根据已有的括号持时、一致持时、能量持时等单向持时定义，分别得到不同方向加速度的单向持时，以Arias强度为权重函数，对不同方向加速度的单向持时求加权平均值，即获得地震动综合持时。

[0009] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0010] 一种多向地震动综合持时的预测方法，包括：

[0011] 步骤1，根据Arias强度定义获得地震动各预设方向加速度的Arias强度；

[0012] 步骤2，根据已有的地震动加速度的单向持时定义，分别计算地震动各预设方向加速度的单向持时，所述的单向持时为括号持时、一致持时或能量持时；

[0013] 步骤3，以Arias强度为权重函数，对地震动各预设方向加速度的单向持时进行加权平均，得地震动综合持时 其中， 表示地震动第x个预设方向加速度的Arias强度；Tx表示地震动第x个预设方向加速度的单向持时；X为预设方向数，X取2或3。

[0014] 预设方向根据需要进行设定，例如，对混凝土重力坝，若采用二维模型研究混凝土重力坝的抗震性能，则可将预设方向设为水平向和竖直向。那么，采用本发明分别计算水平向和竖直向的地震动加速度的Arias强度和单向持时，对这两个方向的地震动加速度的单向持时进行加权平均。

[0015] 对混凝土高拱坝，若采用三维模型研究混凝土高拱坝的抗震性能，则可加将预设方向设为横河向、顺水流向和竖直向。那么，采用本发明分别计算横河向、顺水流向和竖直向的地震动加速度的Arias强度和单向持时，对这三个方向的地震动加速度的单向持时进行加权平均。

[0016] 和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

[0017] (1)已有的强震持时主要用于计算单向地震加速度的持时，当采用时程法分析重要结构的抗震性能时，通常采用多向地震动作为地震激励荷载。本发明综合考虑了各方向上强震持时对结构的影响，能较准确地评价地震动的综合持时特性。

[0018] (2)本发明不用将多条地震动进行相位叠加成一条地震波来获得综合持时，只需借助已有的单向持时定义，即可获得多向地震动的综合持时，不会增加额外的工作量。

[0019] (3)本发明方法简洁明了，易于植入地震测试分析软件。

附图说明

[0020] 图1为本发明的一种具体实施流程示意图；

[0021] 图2为多向地震激励作用下结构综合持时预测示意图；

[0022] 图3为括号综合持时与单向括号持时的相关度分析。

具体实施方式

[0023] 下面将以两向地震动的综合持时预测为例，对本发明具体实施方式进行详细说明。

[0024] 图1所示为具体实施方式的流程示意图，步骤如下：

[0025] 步骤1，根据Arias强度定义获得地震动水平向和竖直向加速度的Arias强度。

[0026] Arias强度I0定义如下：

[0027]

[0028] 式(1)中，T0为地震动加速度总持时，a(t)表示t时刻地震动加速度时程，g为重力加速度。T0和a(t)均可从实测的地震动加速度图中获得。

[0029] 采用式(1)分别计算地震动水平向和竖直向加速度的Arias强度，将水平向加速度的Arias强度记为 竖直向加速度的Arias强度记为

[0030] 以图2所示的实测地震动为例，其中，图(a)和(d)分别为地震动水平向和竖直向的加速度曲线，图(b)和(e)分别为水平向和竖直向加速度的Arias强度曲线，图(c)和(f)分别为地震动水平向和竖直向的加速度绝对值曲线。根据图(a)和(d)可获得地震动水平向和竖直向加速度的Arias强度和总持时。根据图2，进一步得到本实施例中地震动水平向加速度的Arias强度 其竖直向加速度的Arias强度

[0031] 步骤2，根据已有的地震动加速度的单向持时定义，分别计算地震动水平向和竖直向的加速度单向持时。

[0032] 已有的地震动加速度的单向持时包括括号持时TB(Bracketed duration)、一致持时TU(Uniform duration)、能量持时TS(Significant duration)。括号持时TB的定义为：以地震动记录的加速度绝对值在第一次和最后一次达到或超过事先设定的值之间所经历的时间作为地震动的持续时间，即括号持时TB。一致持时TU的定义为：地震动记录的加速度绝对值达到或超过规定值的持续时间间隔之和，即一致持时TU。能量持时TS的定义为：地震动累积能量自达到某一给定起始累积能量比至达到某一给定终止累积能量比之间的持时时间，即能量持时TS。

[0033] 将地震动水平向和竖直向的加速度单向持时分别记为TH、TV。

[0034] 具体实施方式中以括号持时作为单向持时，将水平向和竖直向加速度的括号持时分别记为 根据图2计算括号持时 为方便计算，取加速度绝对值，采用0.05g绝对幅值控制，见图2中图(c)和(f)所示，得到水平向括号持时 竖直向括号持时

[0035] 步骤3，以 和 分别作为水平向和竖直向加速度的单向持时的权，对水平向和竖直向加速度的单向持时进行加权平均，即获得地震动综合持时。

[0036] 本具体实施方式中，地震动的括号综合持时 。

[0037] 选取20条实测地震动，分别计算各地震动的水平向和竖直向括号持时。采用本发明方法获得各地震动的括号综合持时，将括号综合持时与单向括号持时进行线性回归，见图3。从图3可以看出，括号综合持时与水平向括号持时、竖直向括号持时的相关系数R分别为0.989和0.853，相关系数较高，表明本发明可有效预测多向地震动的综合持时。