地震波峰值包絡曲線對結構地震反應的影響

宋斌華 唐 毅

(機械工業第三設計研究院，重慶 400039)

地震波峰值包絡曲線對結構地震反應的影響

宋斌華 唐 毅

(機械工業第三設計研究院，重慶 400039)

根據目標地震反應譜，采用三角級數疊加法生成有效峰值和持續時間均相同，但峰值包絡曲線不相同的一系列人工地震波，運用Midas Building軟件對一個6層鋼筋混凝土框架結構進行地震波反應彈性時程分析。計算結果表明：地震波峰值包絡曲線是影響結構地震波反應的主要因素。

地震波，包絡曲線，地震反應譜

0 引言

地震波是強非平穩過程。地震波特性除頻譜特性、有效峰值和持續時間外，峰值包絡曲線也是影響地震反應的主要因素［1］。

為了研究地震波峰值包絡曲線對結構地震反應的影響，需要保證地震波其他特性相同，如頻譜特性、有效峰值和持續時間等。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，其中三角級數疊加法為最普遍的經典方法［2］。該方法的基本原理是，首先按照所采用的抗震設計規范或標準，根據地震烈度、場地類別等設計參數確定設計反應譜，也就是期望反應譜。通過期望反應譜近似地計算出人工地震波的功率譜，再根據功率譜得到的傅里葉幅值譜加上隨機相位作傅里葉逆變換并加上峰值包絡曲線，便可得到近似人工地震波;接下來計算近似人工地震波的反應譜，并用期望反應譜與計算反應譜的比值修改傅里葉幅值譜，重新生成人工地震波，不斷進行循環迭代，直至反應譜在控制頻率點處的誤差處于允許的范圍內。

人工地震波的時間間隔取0．02 s，持續時間為20 s，目標反應譜取GB 50011-2010建筑抗震設計規范中的6度區，地震設計分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，阻尼比取0．05，允許誤差為5%，此時，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。如圖1所示，人工地震波s1的峰值包絡曲線為緩慢上升緩慢下降;人工地震波s2的峰值包絡曲線為急劇上升緩慢下降;人工地震波s3的峰值包絡曲線為無上升階段，即衰減型。三條人工地震波的反應譜曲線與規范目標反應譜曲線如圖2所示。

2 地震波峰值包絡曲線對結構地震反應的影響

在結構有限元分析軟件Midas Building中，建立一鋼筋混凝土框架結構模型，框架結構平面布置如圖3所示，框架跨度為6 m，共三跨?？蚣芙Y構立面布置如圖4所示，底層層高4．5 m，2層～6層層高3．9 m?？蚣芰褐孛娉叽缫妶D3和圖4。考慮填充墻、女兒墻等附加質量，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數疊加法生成的三條人工地震波s1，s2和s3，利用軟件Midas Building對上述鋼筋混凝土框架結構進行地震波彈性時程分析，選擇X單向，阻尼比為0．05，框架X方向前兩階周期見表1。

圖1 人工地震波時程曲線

圖2 人工地震波反應譜與規范目標反應譜

圖3 框架平面布置圖

框架在三條人工地震波s1，s2和s3地面運動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

通過表2，表3數據可以看出，在三條人工地震波s1，s2和s3地面運動輸入下各層層間位移角最大相對誤差為28．97%，各層剪力最大相對誤差為48．91%，數據表明：地震波峰值包絡曲線是影響結構地震波反應的主要因素。

3 結語

根據目標地震反應譜，采用三角級數疊加法生成有效峰值和持續時間均相同，但峰值包絡曲線不相同的一系列人工地震波。然后，運用Midas Building軟件對一個6層鋼筋混凝土框架結構進行地震波反應彈性時程分析。計算結果表明：地震波峰值包絡曲線是影響結構地震波反應的主要因素。

［1］樊 劍，呂 超，張 輝．地震波的時頻特征及其對結構地震反應的影響［A］．第17屆全國結構工程學術會議論文集［C］．2008．

［2］王 濟，胡 曉．MATLAB在振動信號處理中的應用［M］．北京：中國水利水電出版社，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