CN110727026B - 一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 - Google Patents
一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110727026B CN110727026B CN201910960389.7A CN201910960389A CN110727026B CN 110727026 B CN110727026 B CN 110727026B CN 201910960389 A CN201910960389 A CN 201910960389A CN 110727026 B CN110727026 B CN 110727026B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- earthquake
- tsunami
- displacement
- inelastic
- continuous action
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
- G01V1/282—Application of seismic models, synthetic seismograms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/307—Analysis for determining seismic attributes, e.g. amplitude, instantaneous phase or frequency, reflection strength or polarity
Abstract
本发明公开了一种基于地震‑海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，属于地震工程领域。本发明选取挑选大量地震动，建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构；针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性；利用结构动力方程，计算给定地震‑海啸连续作用下结构的弹性最大位移，并计算弹性最大强度；计算结构在地震‑海啸连续作用下所产生的最大位移为；计算结构的位移延性系数，判断结构位移延性
是否满足目标延性
；通过回归分析，建立基于地震‑海啸连续作用的非弹性位移比谱模型。本发明解决了目前提出的非弹性位移比谱模型均是基于单独地震作用，而忽略了地震后海啸作用对结构反应的进一步影响等问题。
Description
技术领域
本发明属于地震工程领域，具体涉及一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型。
背景技术
历史地震-海啸资料表明，海啸常由海底地震引发，从而形成序列型地震海啸作用。尽管地震-海啸连续作用相比于单独地震作用能对沿海结构造成更大的破坏甚至倒塌，然而，我国乃至世界上的抗震设计规范均没有考虑其对结构反应的不利影响。因此评估现有结构在地震-海啸连续作用下的性态对于提高沿海结构的抗震安全性、以及结构抗震设计规范的修订具有重要意义。
基于位移的抗震评估是基于性态的抗震评估中最为广泛应用的性态评估理论，如何简单有效地估计结构的最大非弹性位移需求是基于位移的抗震设计中最关键的研究内容。采用结构的非弹性位移比可以简单有效地估计结构的最大非弹性位移，然而现有的非弹性位移比谱模型均是基于单独地震作用，未能考虑地震-海啸先后连续作用对结构反应性能的影响。因此建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，对于现有沿海结构的抗震评估具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，以解决现有非弹性位移比谱模型仅考虑了地震单独作用、未能考虑地震后海啸连续作用对结构反应的影响等问题。
本发明提供了一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，包括以下步骤：
步骤一：挑选大量地震动，其中地震动震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km；海啸动力作用通常等效为一突变等值函数；
海啸与地震的相对强度采用
表示，见式(1)所示；
其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度，本技术方案中将比值定义为0.25，0.5，0.75或1.0；
步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构，周期范围为0.1s到6s，间隔为0.1s；
步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；
步骤四：利用结构动力方程，即式(2)，计算给定地震-海啸连续作用下结构保持弹性状态的最大位移ue，并计算结构保持弹性的最低强度为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；
其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，
为相对位移u的一阶导数，
为相对位移u的二阶导数，
为地面位移ug的二阶导数；
中心差分方法获得ue的过程为：
首先将结构相对加速度与速度用位移的中心差分表示：
其中
为时刻i的相对加速度，
为时刻i的相对速度。
将式(3)代入式(2)得：
转换式(4)得：
则ue为ue＝max(|ui+1|) (6)
步骤五：逐步降低结构的屈服强度为Fy＝Fy(μ＝1)-nΔF，其中ΔF为结构弹性强度与结构实际屈服强度的差值梯度，n为迭代步数，利用结构动力方程和中心差分方法，即式(2)到(6),计算结构在地震-海啸连续作用下所产生的最大位移为umax；
步骤六：计算结构的位移延性系数为μ＝umax/uy；其中uy为结构屈服位移；
步骤七：判断结构位移延性系数μ是否满足目标延性μi，如果|(μ-μi)/μi|≤0.01，执行步骤八，否则返回步骤五；
步骤八：计算给定非弹性单自由度结构的非弹性位移比Cμ＝umax/ue；
步骤九：通过步骤二到步骤八，得到多条地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱，最后按照不同海啸强度分组，分别统计分析得到对应不同海啸强度的平均非弹性位移比谱；
步骤十：采用软件TableCurve 3D进行回归分析，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型：
其中T表示等效单自由度结构周期，a、b、c、d和e为与结构阻尼和屈服刚度有关的拟合参数；
步骤十一：采用软件TableCurve 3D进行二次回归分析，提出拟合参数a、b、c、d和e的计算方法：
a(ξ,α)＝a1+a2·ξ+a3·ξ2+a4·α+a5·α2+a6·α3+a7·α4 (8)
b(ξ,α)＝b1+b2·ξ+b3·ξ2+b4·α+b5·α2+b6·α3+b7·α4 (9)
c(ξ,α)＝c1+c2·ξ+c3·ξ2+c4·α+c5·α2+c6·α3+c7·α4 (10)
d(ξ,α)＝d1+d2·ξ+d3·ξ2+d4·α+d5·α2+d6·α3+d7·α4 (11)
e(ξ,α)＝e1+e2·ξ+e3·ξ2+e4·α+e5·α2+e6·α3+e7·α4 (12)
其中ξ表示等效单自由度结构的阻尼比，α为结构屈服刚度比，ai，bi，ci，di，ei，为拟合参数。
本发明的有益效果：
本发明提出的非弹性位移比谱模型考虑了地震-海啸连续作用对结构反应的不利影响，解决了目前提出的非弹性位移比谱模型均是基于单独地震作用，而忽略了地震后海啸作用对结构反应的进一步影响等问题。本发明为沿海结构在地震-海啸连续作用下基于位移的抗震评估提供了简单实用的工具，根据结构的动力特性、结构的延性需求和结构的最大弹性位移，即可利用上述模型得到结构的最大非弹性位移。
附图说明
图1为地震动震级和震中距分布图。
图2为地震-海啸序列示意图。
图3为地震-海啸连续作用下模型预测结果与统计结果的对比图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例以日本深海地震动为例，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型。
步骤一：选取984条日本深海地震动，震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km，地震动震级和震中距分布见图1所示。海啸动力作用通常可等效为一突变等值函数，见图2所示。海啸与地震的相对强度采用
表示，见式(1)所示。
其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度，本发明将比值定义为0.25，0.5，0.75和1.0，见图2所示；
步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构，周期范围为0.1s到6s，间隔为0.1s；
步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；
步骤四：利用结构动力方程，即式(2)，计算给定地震-海啸连续作用下结构的弹性最大位移ue，并计算弹性最低强度为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；
其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，
为相对位移u的一阶导数，
为相对位移u的二阶导数，
为地面位移ug的二阶导数。
中心差分方法获得ue的过程为：
首先将结构相对加速度与速度用位移的中心差分表示：
其中
为时刻i的相对加速度，
为时刻i的相对速度。
将式(3)代入式(2)得：
转换式(4)得：
则ue为ue＝max(|ui+1|) (6)
步骤五：逐步降低结构的屈服强度为Fy＝Fy(μ＝1)-nΔF，其中ΔF为结构弹性强度与结构实际屈服强度的差值梯度，n为迭代步数，利用结构动力方程和中心差分方法，即式(2)到(6),计算结构在地震-海啸连续作用下所产生的最大位移为umax；
步骤六：计算结构的位移延性系数为μ＝umax/uy；其中uy为结构屈服位移；
步骤七：判断结构位移延性μ是否满足目标延性μi，如果|(μ-μi)/μi|≤0.01，执行步骤八，否则返回步骤五；
步骤八：计算给定非弹性单自由度结构的非弹性位移比Cμ＝umax/ue；
步骤九：利用步骤二到步骤八，可以得到多条地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱，最后按照不同海啸强度分组，分别统计分析得到对应不同海啸强度的平均非弹性位移比谱；
步骤十：采用软件TableCurve 3D进行回归分析，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型：
其中T表示等效单自由度结构周期，a，b，c，d，和e为与结构阻尼和屈服刚度有关的拟合参数。
步骤十一：采用软件TableCurve 3D进行二次回归分析，提出拟合参数a，b，c，d，和e的计算方法：
a(ξ,α)＝a1+a2·ξ+a3·ξ2+a4·α+a5·α2+a6·α3+a7·α4 (8)
b(ξ,α)＝b1+b2·ξ+b3·ξ2+b4·α+b5·α2+b6·α3+b7·α4 (9)
c(ξ,α)＝c1+c2·ξ+c3·ξ2+c4·α+c5·α2+c6·α3+c7·α4 (10)
d(ξ,α)＝d1+d2·ξ+d3·ξ2+d4·α+d5·α2+d6·α3+d7·α4 (11)
e(ξ,α)＝e1+e2·ξ+e3·ξ2+e4·α+e5·α2+e6·α3+e7·α4 (12)
其中ξ表示等效单自由度结构的阻尼比，α为结构屈服刚度比，ai，bi，ci，di，ei，为拟合参数，见表1至表4。
表1海啸加速度等于0.25PGA工况下拟合参数ai,bi,ci,di,和ei(i＝1–7)的取值
表2海啸加速度等于0.50PGA工况下拟合参数ai,bi,ci,di,和ei(i＝1–7)的取值
表3海啸加速度等于0.75PGA工况下拟合参数ai,bi,ci,di和ei(i＝1–7)的取值
表4海啸加速度等于1.00PGA工况下拟合参数ai,bi,ci,di和ei(i＝1–7)的取值
本非弹性位移比谱模型有效地考虑了地震-海啸连续作用对非弹性位移比的影响，能够简单方便地用来对遭受不同地震-海啸强度作用的沿海结构进行抗震评估。图3给出了非弹性位移比谱模型预测结果与统计结果的对比情况，从图中可以看出，对于具有不同结构参数和不同地震-海啸强度的情况，本模型的预测结果和统计结果均吻合较好，从而证明该模型具有较好的准确性和可靠性。综合来看，本发明技术中给出的基于地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱模型能够较好地预测计算结果，从而为实际工程提供了简单实用的工具。
Claims (3)
1.一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：挑选大量地震动，其中震级范围为7.5到9.0，震中距范围为57.0到525.1km；海啸动力作用等效为一突变等值函数；
海啸与地震的相对强度采用
表示，见式(1)所示；
其中TWA表示海啸加速度，PGA表示地震峰值加速度；
步骤二：建立一系列具有不同周期的非弹性单自由度结构；
步骤三：针对每种周期的非弹性单自由度结构，确定其动力特性：k0、c、ωn，其中k0为结构的刚度，c为阻尼系数，ωn为自振频率；
步骤四：利用结构动力方程，即式(2)～(6)计算给定地震-海啸连续作用下结构保持弹性状态的最大位移ue，并计算结构保持弹性的最低强度，计算公式为Fy(μ＝1)＝k0ue，其中μ为结构延性系数，ue通过中心差分方法获得；
其中fs表示结构恢复力，u为相对位移，ug为地面位移，
为相对位移u的一阶导数，
为相对位移u的二阶导数，
为地面位移ug的二阶导数；
步骤五：逐步降低结构的屈服强度为Fy＝Fy(μ＝1)-nΔF，其中ΔF为结构弹性强度与结构实际屈服强度的差值梯度，n为迭代步数，利用结构动力方程和中心差分方法，即式(2)到(6),计算结构在地震-海啸连续作用下所产生的最大位移为umax；
中心差分方法获得ue的过程为：
首先将结构相对加速度与相对速度用相对位移的中心差分表示：
其中
为时刻i的相对加速度，
为时刻i的相对速度；
将式(3)代入式(2)得：
转换式(4)得：
则ue为
ue＝max(|ui+1|) (6)；
步骤六：计算结构延性系数为μ＝umax/uy；其中uy为结构屈服位移；
步骤七：判断结构延性系数μ是否满足目标延性μi，如果|(μ-μi)/μi|≤0.01，执行步骤八，否则返回步骤五；
步骤八：计算给定非弹性单自由度结构的非弹性位移比Cμ＝umax/ue；
步骤九：通过步骤二到步骤八，得到多条地震-海啸连续作用下的非弹性位移比谱，最后按照不同海啸强度分组，分别统计分析得到对应不同海啸强度的平均非弹性位移比谱；
步骤十：采用软件TableCurve 3D进行回归分析，建立基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型：
其中T表示等效单自由度结构周期，a、b、c、d和e为与结构阻尼和屈服刚度有关的拟合参数；
步骤十一：采用软件TableCurve 3D进行二次回归分析，提出拟合参数a、b、c、d和e的计算方法：
a(ξ,α)＝a1+a2·ξ+a3·ξ2+a4·α+a5·α2+a6·α3+a7·α4 (8)
b(ξ,α)＝b1+b2·ξ+b3·ξ2+b4·α+b5·α2+b6·α3+b7·α4 (9)
c(ξ,α)＝c1+c2·ξ+c3·ξ2+c4·α+c5·α2+c6·α3+c7·α4 (10)
d(ξ,α)＝d1+d2·ξ+d3·ξ2+d4·α+d5·α2+d6·α3+d7·α4 (11)
e(ξ,α)＝e1+e2·ξ+e3·ξ2+e4·α+e5·α2+e6·α3+e7·α4 (12)
其中ξ表示等效单自由度结构的阻尼比，α为结构屈服刚度比，ai，bi，ci，di，ei，为拟合参数。
2.根据权利要求1所述的基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，其特征在于：步骤一中，将海啸与地震的相对强度
定义为0.25，0.5，0.75或1.0。
3.根据权利要求1所述的基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型，其特征在于：步骤二中，周期范围为0.1s到6s，间隔为0.1s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910960389.7A CN110727026B (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910960389.7A CN110727026B (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110727026A CN110727026A (zh) | 2020-01-24 |
| CN110727026B true CN110727026B (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=69220916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910960389.7A Active CN110727026B (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110727026B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111324951B (zh) * | 2020-02-14 | 2023-12-26 | 太原理工大学 | 一种强度折减系数谱模型构建方法及系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013007728A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Home Seismometer:Kk | 巨大地震の震源域リアルタイム推定法 |
| TW201416699A (zh) * | 2012-10-19 | 2014-05-01 | Inst Of Transportation Ministry Of Transp And Comm | 海嘯速算系統 |
| CN105676286A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-15 | 西南交通大学 | 一种用于地震预警系统的实时地震震级估计方法 |
| CN107563064A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-09 | 河海大学 | 一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法 |
| CN107942380A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-04-20 | 太原理工大学 | 一种考虑垮落带采空区的计算机数值模拟方法 |
| CN108460195A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-28 | 国家海洋环境预报中心 | 海啸数值计算模型基于gpu并行的快速执行方法 |
| CN108492236A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-09-04 | 国家海洋环境预报中心 | 基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法 |
| CN109997164A (zh) * | 2016-10-21 | 2019-07-09 | 瑞士再保险有限公司 | 提供基于到达间隔时间的测量和预测即将发生的自然灾难性事件的测量系统及其方法 |
-
2019
- 2019-10-10 CN CN201910960389.7A patent/CN110727026B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013007728A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Home Seismometer:Kk | 巨大地震の震源域リアルタイム推定法 |
| TW201416699A (zh) * | 2012-10-19 | 2014-05-01 | Inst Of Transportation Ministry Of Transp And Comm | 海嘯速算系統 |
| CN105676286A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-15 | 西南交通大学 | 一种用于地震预警系统的实时地震震级估计方法 |
| CN109997164A (zh) * | 2016-10-21 | 2019-07-09 | 瑞士再保险有限公司 | 提供基于到达间隔时间的测量和预测即将发生的自然灾难性事件的测量系统及其方法 |
| CN107563064A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-09 | 河海大学 | 一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法 |
| CN107942380A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-04-20 | 太原理工大学 | 一种考虑垮落带采空区的计算机数值模拟方法 |
| CN108492236A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-09-04 | 国家海洋环境预报中心 | 基于蒙特卡洛随机模拟的多重现期海啸灾害评估方法 |
| CN108460195A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-28 | 国家海洋环境预报中心 | 海啸数值计算模型基于gpu并行的快速执行方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Numerical modeling and seismic evaluation of masonry-infilled reinforced concrete frames retrofitted with carbon fiber–reinforced polymer wraps;Xiaolan Pan et al.;《Advances in Structural Engineering》;20181231;第1-16页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110727026A (zh) | 2020-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106709182B (zh) | 一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法 | |
| CN108875195B (zh) | 一种考虑接触的三维力学随机振动仿真模拟方法 | |
| Ferraioli et al. | An adaptive capacity spectrum method for estimating seismic response of steel moment-resisting frames | |
| CN108090262B (zh) | 一种基于sph理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法 | |
| CN105388520B (zh) | 一种地震资料叠前逆时偏移成像方法 | |
| CN109375253A (zh) | 基于全部发震构造最大可信地震的地震动参数评价方法 | |
| CN110727026B (zh) | 一种基于地震-海啸连续作用的非弹性位移比谱模型 | |
| CN109409006A (zh) | 一种超高层结构动力时程分析方法 | |
| CN109558621A (zh) | 一种结构损伤识别方法及系统 | |
| CN106202774B (zh) | 一种波浪作用过程中深水网箱浮架变形的数值模拟方法 | |
| CN108376192B (zh) | 一种确定模态叠加法计算加速度反应所需振型数目的方法 | |
| CN113484911B (zh) | 一种基于地震动演化功率谱的地震位移反应计算方法 | |
| CN108427833B (zh) | 基于三维弹塑性地震反应谱的性能化抗震设计方法 | |
| CN111046456B (zh) | 地震动时程激励下线性系统反应谱分析的迭代法 | |
| CN114491748B (zh) | 一种基于oc-pso的超高层建筑抗风性能设计优化方法 | |
| CN108647383A (zh) | 一种结构增强调谐质量阻尼器优化设计方法 | |
| CN112989475B (zh) | 一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法 | |
| CN110990910B (zh) | 时程激励下线性耗能结构响应的快速迭代法 | |
| CN111695268B (zh) | 智慧城市震灾推演快速动力时程分析方法 | |
| CN109783764B (zh) | 一种基于楼层反应谱的核电厂设备抗震性能评估方法 | |
| CN111324951B (zh) | 一种强度折减系数谱模型构建方法及系统 | |
| CN113268899A (zh) | 一种岩土体参数的旋转各向异性非平稳随机场建模方法 | |
| Hosseini et al. | A Comparative Study on the Seismic Behavior of Ribbed, Schwedler, and Diamatic Space Domes by Using Dynamic Analyses | |
| CN107944202B (zh) | 一种rc框架结构倒塌极限状态的判定方法 | |
| CN111241671B (zh) | 一种表征螺纹面局部滑移行为的模拟方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |