[发明专利]最不利设计地震动记录的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种最不利设计地震动记录的确定方法。

背景技术

如何选择合适的实际地震动作为输入是抗震设计中至关重要的问题之一。现在几乎所有的抗震规范都规定：重要的工程结构应采用时程分析法进行补充计算。我国《建筑抗震设计规范(GB5001-2001)》明确规定特别不规则建筑、甲类建筑，高度超出规定范围的高层建筑应采用时程分析法进行补充计算；采用时程分析法时，应按建筑场地和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，并且规定其平均的地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用地震影响系数曲线在统计意义上相符，在弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构基底剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法的80％。这种笼统的规定虽然给予工程设计人员极大的灵活性，但同时也使其可操作性很差。半个世纪以来，无论在国内还是在国际上，一旦遇到这种情况一股都习惯于采用1940年美国El-Centro(NS分量)等一批老字号的地震动记录，但是很少有人能讲清采用这条记录的理由，更很少有人对这种做法提出置疑。

目前，大部分关于设计地震动选择的研究的基本思路都是通过拟合设计反应谱给出设计地震动，但由于设计反应谱只是代表平均意义上的地震作用，因此，这样给出的地震动对那些重要性一股的结构或地震危险性不是很高地区的抗震验算可能是合适的，对特别重要的结构或高地震危险区的抗震验算可能就不合适了。虽然对于时程分析中如何选择地震动输入问题进行了诸多的研究，但仍没有一致的认识，目前的现状是，或者不采用时程分析法进行计算，或是采用，而输入地震动的选择却无视建筑场地的差别而采用为数不多的几条典型记录(如：1940年的El Centro(NS)记录或1952年的Taft记录)。同时，由于地震发生的复杂性和极不确定性，无论在时域还是频域上，目前仍不能精确预测未来所发生地震的形成机制和破坏性特征，按照目前的科技发展水平，结构很有可能遭受比设计地震作用高许多倍的地震影响，因此，确定最不利设计地震动具有重要的现实和科学意义。

综上，现有技术中没有提出最不利设计地震动的概念、挑选原则，没有给出适用于各类场地和结构周期的最不利设计地震动。

发明内容

本发明的目的是提供一种最不利设计地震动记录的确定方法，并给出用于抗震设计的输入地震动，以实现对一些抗震级别要求很高(或特别重要的)大型复杂结构进行抗震设计时，可以直接采用本发明给出的最不利设计地震动记录来进行抗震验算，以最大限度地确保建筑结构的安全性。

本发明给出了“最不利设计地震动”的概念：最不利设计地震动是指能使结构的反应在这样的地震动作用下处于最不利的状况，即处在最高危险状态下的真实地震动，最不利设计地震动是相对于一定的环境条件而言的，即相对于结构所在场所的地震危险性和场地条件而言的。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的最不利设计地震动记录的确定方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、从已发生的地震动记录(世界范围内)中收集强震记录(峰值加速度大于50gal)作为最不利设计地震动记录待挑选数据库；

步骤二：以直接由地震动本身得到的参数及经过结构弹性反应得到的基本参数对所有的收集到的强震记录按照数值由高至低的顺序分别进行排序，将所有排名在较前面的第1至10条记录汇集在一起，组成最不利地震动的备选震动数据库；

本步骤所述的经过结构弹性反应得到的基本参数包括峰值加速度PGA、峰值速度PGV、峰值位移PGD、有效峰值加速度EPA、有效峰值速度EPV、最大增量速度IV、最大增量位移ID及能量持时T_d；

本步骤所述有效峰值加速度EPA和有效峰值速度EPV采用ATC的定义方法：将阻尼比为5％的加速度反应谱在周期0.1-0.5s之间平均为一常值S_a，将阻尼比为5％的速度反应谱在周期1s附近平均为一常值S_v，则有效峰值加速度、有效峰值速度的定义如下：

EPA＝S_a/2.5；EPV＝S_v/2.5；

本步骤所述的最大增量速度IV和最大增量位移ID，二者用于刻画近断层区域的地震破坏势，增量速度代表加速度脉冲下的面积，实际上代表速度变化的增量，增量速度与质量的乘积代表结构的动量或者相当于地震作用的冲量，因此速度变化越大，加速度脉冲下的面积也就越大；同理，速度脉冲下面积等于增量位移；