一种基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法与流程

本发明属于地震波信息处理
技术领域：
，尤其涉及一种基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法。
背景技术：
：目前，最接近的现有技术：我国gb50011-2010《建筑抗震设计规范》中要求对高度超限以及平面或者竖向不规则的建筑等进行弹塑性变形验算，检验其在罕遇地震作用下的层间位移角是否满足规范弹塑性层间位移角的限值要求。因此，需要对结构进行弹塑性时程分析。弹塑性时程分析是预测结构地震响应以及评估结构抗震性能较为有效的方法，已被多国相关设计规范中采用。其内容包括:结构弹塑性分析模型的建立、地震动输入和结构的弹塑性动力响应计算。在地震动输入时，需要对输入的地震波进行选择，我国gb50011-2010《建筑抗震设计规范》与jgj3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中要求输入的多条地震加速度记录的平均反应谱与设计反应谱在统计意义上相符。《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条规定:进行结构时程分析时，应按照建筑场地类别和设计地震分组选用实际地震加速度时程记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际地震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。目前专家一致认为，时程分析所选用的地震加速度记录应在震级、断层距离、震源机制、危险概率水准等特征方面与最大考虑地震的参数相符合。与所选地震波计算出的平均反应谱相匹配的地震影响系数曲线或设计反应谱都是由一致概率反应谱推导而来的。然而，一致概率反应谱中所有周期下危险性超越概率都是相同的，与实际记录地震波情况不相符，因此一致概率反应谱去直接作为目标谱选择地震波用于结构时程分析，其结果将过于保守。目前有采用条件均值加速度谱的选波方法进行选波，去解决这个问题，但是，该反应谱中的加速度参数是幅值参数，不能反应其结构的其他重要特征，如频率和地震波的时长等。因此，亟需一种选波方法来解决现有的技术问题。综上所述，现有技术存在的问题是：目前规范中采用的一致概率反应谱作为匹配的目标谱来进行地震波选择，是若干个设定地震反应谱的包络线，其反应谱各周期下危险性超越概率都是相同的，而非某一个实际未来可能遭遇的地面运动记录的反应谱。即，对于同一条地震波来说，不可能在所有的周期下都拥有一致较高的危险性超越概率。因此，如果用一致反应谱作为匹配目标谱去选择地震波，择出来的地震波用于结构的时程分析，其结果会偏大过于保守。业内如何解决该问题的：采用条件均值加速度谱的选波方法进行选波，解决上述一致概率反应谱作为匹配目标反应谱的问题。反应谱中的加速度参数是幅值参数，其反应谱也反应频谱特征，但是不能反应其他重要特征，如持时特征。在结构工程领域，地震对结构破坏能力的大小主要与地震动的幅值、频谱特性和持时三大特征有关。加速度反应谱不能反应地震动的三大特征，由于三大特征对结构反应的影响较大，因此，其选出的地震波对结构进行结构分析时，计算出的破坏大小会有一定的偏差。解决上述技术问题的难度：在解决存在的选波问题时，主要涉及到交叉学科的应用，需要对两个方面进行认识，其一是地震学或地震工程，其二是结构工程。一般在解决问题时，只认识到了其中的一个方面，如何把两个方面的先进成果统一和结合起来去解决选波问题是一个难点。解决上述技术问题的意义：所提出的目标反应谱和选波方法，能够反应与该地点和选波对象的结构的特征相一致的地震危险性水平，同时能够反应地震动的三大特征，较现行规范采用的方法更加合理,进行结构设计更加经济有效。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法。本发明是这样实现的，一种基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法，实现步骤包括：步骤一，建立设定地震下的条件均值输入能谱：计算设定地震下平均输入能谱；建立输入能相关关系模型；确定自振周期t*所对应参数ε(t*)；计算其他周期下的地震输入能谱值，建立设定地震下的条件均值输入能谱。步骤二，选择地震波：确定设定地震的数据，选出数据库中满足条件的记录；确定输入能谱标准方差倍数参数ε(t*)的设定范围；对地震波进行调幅；按均方差值对地震波进行排序，选出前列的地震波。进一步地，所述步骤一建立设定地震下的条件均值输入能谱具体包括：第一步，计算设定地震下平均输入能谱；第二步，建立不同结构周期下输入能相关关系模型；第三步，根据地震危险性水平，确定在这一危险性水平下的自振周期t*所对应参数ε(t*)，如公式(1)；第四步，利用公式(2)，计算其他周期下的地震输入能谱值，建立设定地震下的条件均值输入能谱。进一步地，所述步骤二选择地震波具体包括：第一步，确定设定地震的震级范围、震距范围、震源机制等，选出数据库中满足要求的所有地震动记录；第二步，确定输入能谱标准方差倍数参数ε(t*)的设定范围，即ε(t*)max与ε(t*)min，计算初选地震波所计算出的输入能谱标准方差倍数参数ε(t*)，剔除不在其设定范围内的地震波；第三步，对地震波进行调幅，使得调幅后的地震波输入能谱值在t*上与设计输入能谱值相等；第四步，计算调幅后的地震波输入能谱与步骤一所计算出的条件均值输入能谱在周期0.2t*与1.5t*间的均方差，如公式(3)；根据均方差值从小到大的顺序，对地震波进行排序，选出规范规定数量的位于前列的地震波。进一步地，步骤一中，为确定在危险性水平下的自振周期t*所对应参数ε(t*)所用的公式(1)为：计算其他周期下的地震输入能谱值所用的公式(2)为：式(1)与(2)中，ti为所考虑周期范围内均匀分布的离散周期点；为预测均值输入能地震动衰减关系函数，其中，m为震级，r为地震场地距离，ti为结构周期；θ为函数其他自变量参数；t*为结构的自振周期；ρ两个周期下输入能的相关系数；σ为输入能在某个周期下的方差值。进一步地，步骤二中，计算在周期0.2t*与1.5t*间的均方差所用的公式(3)为：式(3)中，w(ti)为特定的周期范围内的权重，周期范围及权重均人为设定；为在周期ti下设计输入能谱值；为由地震记录求出的在周期ti下输入能谱值。综上所述，本发明的优点及积极效果为：(1)规范中采用一致危险性谱作为地震波的匹配目标，但是一致危险性谱并不适合作为目标谱，一致概率反应谱中所有周期下危险性超越概率都是相同的，对于同一条地震波，所有周期都要出现较大的谱值，如果一致概率反应谱去直接作为目标谱用于结构时程分析选择地震波，其结果将过于保守，并且很难找到与之相匹配的地震波生成的谱。本发明运用了条件均值谱，很好的解决了这一问题，计算结果更加合理经济。(2)本发明所用的参数为地震输入能参数，是一种较为先进的地震动参数。相比通常采用的只反应了地震动幅值和频谱信息的加速度谱值，还能很好的反应地震动三要素中的持时，尤其是地震动持时对结构非弹性反应中产生的累积破坏得到了充分的考虑。地震对结构的作用从本质上讲是一种能量的传递、转化与耗散的过程，所以能量可以作为对结构物进行抗震设计的较理想参数，从概念角度来说更加准确与清晰。附图说明图1是本发明实施例提供的基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法的流程图。图2是本发明实施例提供的建立设定地震下的条件均值输入能谱流程图。图3是本发明实施例提供的选择地震波流程图。图4是本发明实施例提供的基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法的实施例的结果示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。如图1所示，本发明实施例提供的基于条件均值输入能量谱的地震波选择方法包括以下步骤：s101：建立设定地震下的条件均值输入能谱：计算设定地震下平均输入能谱；建立输入能相关关系模型；确定自振周期t*所对应参数ε(t*)；计算其他周期下的地震输入能谱值，建立设定地震下的条件均值输入能谱；s102：选择地震波：确定设定地震的数据，选出数据库中满足条件的记录；确定输入能谱标准方差倍数参数ε(t*)的设定范围；对地震波进行调幅；按均方差值对地震波进行排序，选出前列的地震波。进一步地，所述步骤一建立设定地震下的条件均值输入能谱具体包括：s201：计算设定地震下平均输入能谱；s202：建立不同结构周期下输入能相关关系模型；s203：根据地震危险性水平，确定在这一危险性水平下的自振周期t*所对应参数ε(t*)，如公式(1)；s204：利用公式(2)，计算其他周期下的地震输入能谱值，建立设定地震下的条件均值输入能谱。进一步地，所述步骤二选择地震波具体包括：s301：确定设定地震的震级范围、震距范围、震源机制等，选出数据库中满足要求的所有地震动记录；s302：确定输入能谱标准方差数值ε(t*)的设定范围，即ε(t*)max与ε(t*)min，计算初选地震波所计算出的输入能谱标准方差数值ε(t*)，剔除不在其设定范围内的地震波；s303：对地震波进行调幅，使得调幅后的地震波输入能谱值在t*上与设计输入能谱值相等；s304：计算调幅后的地震波输入能谱与步骤一所计算出的条件均值输入能谱在周期0.2t*与1.5t*间的均方差，如公式(3)；根据均方差值从小到大的顺序，对地震波进行排序，选出规范规定数量的位于前列的地震波。进一步地，步骤一中，为确定在危险性水平下的自振周期t*所对应参数ε(t*)所用的公式(1)为：计算其他周期下的地震输入能谱值所用的公式(2)为：式(1)与(2)中，ti为所考虑周期范围内均匀分布的离散周期点；为预测均值输入能地震动衰减关系函数，其中，m为震级，r为地震场地距离，ti为结构周期；θ为函数其他自变量参数；t*为结构的自振周期；ρ两个周期下输入能的相关系数；σ为输入能在某个周期下的方差值。进一步地，步骤二中，计算在周期0.2t*与1.5t*间的均方差所用的公式(3)为：式(3)中，w(ti)为特定的周期范围内的权重，周期范围及权重均人为设定；为在周期ti下设计输入能谱值；为由地震记录求出的在周期ti下输入能谱值。下面结合检测结果对本发明的技术效果作详细的描述。设定地震震级m为：6.5；选择地震波来自于地震震级为6-7设定地震震中距r为：45km；选择地震波来自于地震震中距为5km-60km设定地震场地条件为：c类场地结构的基本周期：t*＝1s指定选波范围：ε(t*)min＝0.9ε(t*)max＝1.1具体检测结果如图4所示。选出了7条地震动记录信息：表1波序数据库地震名序号震级震中距(km)ε(t*)1ngalomaprieta7736.9354.151.922ngachi-chi,taiwan-0427396.212.531.823ngachi-chi,taiwan-0324616.224.381.834ngacoalinga-013456.3631.211.875ngalomaprieta8016.9314.691.926ngachi-chi,taiwan-0634736.311.522.057ngamorganhill4596.199.861.82表1中给出了所选择的天然地震波在自振周期t*处ε值，可见，与设定地震反应谱指定的ε(t*)＝2相差很小，天然地震波条幅范围很小，减少了地震波的由于条幅造成的失真。同时所选这地震波，符合设定地震为6.5级，震中距为45km,剪切波速为525km/s的场地上，结构自振周期为1秒，50年超越概率为2％的地震危险性水准，同时满足结构周期为0.2s-1.5s范围内的条件地震危险性水准。选出的地震波，很好的反应了地震动特征三要素，即，幅值、频谱和持时。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12