淺析橋梁時程分析的地震波的選取與輸入

(西華大學 四川 成都 610000)

一、地震波的選取

地震波的選取對結構時程分析的結果影響特別大，對同一橋梁輸入不同的地震波，結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節，所以無論是同一場地的不同橋梁還是不同場地的相同橋梁，都需要選擇能有效運用于抗震分析的地震波來保證橋梁動力時程分析的準確性，國內外普遍認為地震動的選取需要符合幾個指標，包括了地震動記錄的峰值、頻譜特性、持續時間，這些參數需要與規范相接近。

我國《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01——2008)的5.2.3中規定，考慮到地震動的隨機性，選擇的地震加速度時程曲線，要滿足地震動三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續時間要符合規定。根據相關規范，在選取地震波的時候可以考慮4個控制指標：

(一)地震波特征周期。地震波在場地中傳播時，不同的場地土質對地震波會有一個篩選作用，所以不同場地的地震效應是不相同的，選用的地震波特征周期應該和橋梁所在的場地固有周期接近。

場地的固有周期和土層的覆蓋厚度和土層的密實程度有關系，最簡便的方式是通過《中國地震動參數區劃圖》進行查閱，首先根據《公路工程抗震設計規范》的區分標準查找到橋址處的場地類別(見附錄表1)。根據區劃圖查找到場地的反應譜特征周期，根據表2(見附錄)調整場地的反應譜特征周期Tg。

EPA為有效峰值加速度；EPV為有效峰值速度。

為了與設計時的地震烈度相當，對選用的地震記錄加速度時程曲線應按一定比例放大或者縮小。

Ci為抗震重要性系數(取值見附錄表3)；Cs為場地系數(取值見附錄表4)；Cd為阻尼調整系數：當阻尼比選用0.05時，取Cd=1；A為設計基本地震加速度峰值(可由地震動參數區劃圖查找)。

再結合midas的地震波數據生成器功能可計算EPA和EPV的大小，將選取的地震波數據輸入到程序的地震波數據生成器中，得到所選地震波的絕對加速度反應譜和擬速度反應譜。

計算EPA與EPV有兩種計算方式：1.固定頻段法。將阻尼比為0.05的加速度反應譜取周期為0.1～0.5秒之間的值平均為Sa，速度反應譜取周期為0.5～2秒之間的平均值為SV。2.不固定頻段法。在對數坐標系中同時做出絕對加速度反應譜和擬速度反應譜，找到加速度反應譜平臺段的起始周期T0和結束周期T1，在擬速度反應譜上選定平臺段，起始周期為T1，結束周期為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)持時控制指標。規范要求所選的地震波的持續時間不小于結構的基本周期的5～10倍。

(三)頻率控制。由于設計加速度反應譜是經過大量的數據統計和實際情況分析得到的包含多數地震效應的結果，所以選擇的實際地震波的加速度反應譜在[0.1～Tg]平臺段的平均值與設計加速度反應譜相差不超過10%～20%。

二、地震波的輸入

對于跨度不大的橋梁，一般采用一致激勵的方式輸入地震波，即假設結構的各個支撐點受到的地震波是一致的。

對于跨度很大的橋梁，由于結構支撐部分各個點受到的地震波激勵經歷不同的路徑、不同的地質條件，所以位于不同位置的結構地震反應必然存在差異，說明多點激勵更加符合實際的地震動輸入方式，所以大跨度橋梁的地震反應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、部分相干效應、波的衰減效應和局部場地效應等，衰減效應影響很小，基本可以忽略，重點考慮其他三種情況。

1.行波效應：在行波效應影響下，地震波到達不同支撐點會有一定時間差，所以考慮行波效應實際上是假設波速、波形和頻率不變，只考慮時間遲滯和振幅衰減。2.部分相干效應：地震波在傳播過程中會產生復雜的反射、折射和散射，且場地不同位置處的地震波疊加方式不同導致相干函數的損失。3.局部場地效應：主要是由于基底各支點處局部土層不同，引起基巖到地表的地震波中各種頻率的含量不同。

三、小結

(1)需要根據規范給出的控制指標來選取適合不同場地、不同結構的地震波。(2)需要根據橋梁的跨度和場地的復雜程度來選取是一致激勵還是多點激勵的地震波輸入方法。

附錄

表2 中國地震動反應譜特征周期調整表

表3 各類橋梁的抗震重要性系數

表4 場地系數Cs