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关于地震动输入机理的分析与探讨

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大型地下洞室群地震动输入机制探讨

大型地下洞室群地震动输入机制探讨
－ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 １ ０ ０ ４ ９ ６ ６ ５ ／ ２ ０ １ ５ ／ ２ ３ （ ３ ） ０ ５ ６ ４ １ ０ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ４ Байду номын сангаас ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｅ ｇ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ ２ ７
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈｈ ａ ｓｂ ｅ ｅ ｎｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄｆ ｏ ｒｔ ｈ ｅｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒｏ ｆｔ ｈ ｅｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ． Ｍ ｅ ａ ｎ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎｐ ｕ ｔ ｏ ｎｔ ｈ ｅｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｉ ｎｔ ｈ ｅｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｔ ｏｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｔ ｆ ｕ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｋ ｅ ｓ ｓ ｏ ｍ ｅｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎｔ ｈ ｉ ｓ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ． Ａｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄｆ ｏ ｒｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓｔ ｙ ｐ ｅ ｓｏ ｆ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅｔ ｙ ｐ ｅ ｓｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｄ ，ｍ ｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｄ ，ａ ｎ ｄａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄｗ ａ ｖ ｅ ｓ ．Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅｐ ｌ ａ ｎ ｅ （ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ）ａ ｎ ｄａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙｉ ｎ ｐ ｕ ｔｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈａ ｒ ｅｔ ｈ ｅ ｎｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． Ａｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ｅｉ ｓｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙｆ ｏ ｒｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｃ ａ ｖ ｅ ｒ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘ ． Ｔ ｈ ｅｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｉ ｓｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｔ ｅ ｄｂ ｙｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ

地震动输入能量谱的研究

地震动输入能量谱的研究

[文章编号]　100228412(2006)0420001205地震动输入能量谱的研究刘哲锋,沈蒲生(湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)[摘　要]　现有的抗震设计理论,大多是基于承载力或强度的设计方法,与其相应的反应谱理论最大的缺陷是无法反映地震动持时的影响,而以地震动能量作为设计参数时,就能弥补现有抗震理论的不足。

本文按照反应谱理论的思路建立了线性单自由度体系的地震动输入能量谱。

研究发现,输入能量谱对体系的阻尼比不敏感,地震波峰值速度与峰值加速度比值(V ΠA )和强震持时(Δt )对谱形的影响较大,体系的输入能量与地震波的峰值平方成正比,根据分析结果,本文提出了线性单自由度体系输入能量谱的简化计算方法,方法较为简便,计算结果偏安全。

[关键词]　强震持时;输入能量;线性单自由度体系;反应谱[中图分类号]　T U31113 [文献标识码]　AStudy on I nput E nergy Spectra of E arthquake Strong MotionLiu Zhe 2feng ,Shen Pu 2sheng (College o f Civil Engineering ,Hunan Univer sity ,Changsha 410082,China )Abstract :M ost of current methods in seismic design of structures require the provision of su fficient strength against anticipated seismic affects ,the corresponding design response spectra can ’t reflect the effect of duration.Energy 2based seismic design is known as an alternative design methodology.A parameter study is carried out with input energy spectra of linear S DOF system under earthquake ground excitation in this paper.I t is found that the input energy spectra is not sensitive to the viscous dam ping ratio ,the peak ground velocity to acceleration ratio (V /A )and effective duration (Δt )of m otions have much in fluence on the spectra.A sim ple analytical procedure is developed for calculating theinput energy spectra of linear S DOF system ,it can be em ployed in an energy 2based seismic design procedure for determining the required energy dissipation capacity of a structural system.K eyw ords :effective duration ;input energy ;linear S DOF system ;response spectra[收稿日期]　2006202220[基金项目]　国家自然科学基金项目(50378035)1　前言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,当地震波输入到结构的能量(输入能)小于结构的耗能能力时,结构是安全的,反之结构将会破坏,因此,地震动输入能的研究一直是能量分析方法研究的核心内容之一,已有的研究表明,线性单自由度体系计算获得的输入能与非线性单自由度体系的计算结果差别不大[1,2],同时,多层结构在地震作用下的输入能和与之对应的单自由度体系计算获得的结果也有着较好的一致性[3～5],因此,线性单自由度体系地震输入能的研究结论可以被用来估计实际结构在地震作用下被输入的能量大小。

陈厚群院士-有关大坝场地地震动输入问题

陈厚群院士-有关大坝场地地震动输入问题

PGA=0.424g
反应谱形状相似
PGA 下降 38%
反应谱减小仅 8%
PGA=0.260g
Cape Mendocino/Petrolia Earthquake in California U.S.A. (1992 04 25 )
原始 降低 PGA 峰值
PGA 1.300 g
PGA = 1.468g
设防水准，但一些国家如英国、瑞士等实际都
只按MDE进行大坝抗震设计，在重要大坝抗震 设计中，重现期为100年至200年的OBE，在其一
般不起控制作用。对低等级的大坝，其MDE就
取OBE。对于不同等级的大坝，取不同的设防 水准的‘分类设防’，有别于对同一个大坝采 用‘多级设防’的概念。
3. 对于重要大坝，多取MCE作为MDE，MCE
主要设计地震动参数
大坝抗震设计的主要设计地震动参数
峰值加速度 反应谱 加速度时程
峰值加速度(Peak Ground Acceleration PGA )的脉冲型 高频尖峰对反应谱和破坏后果影响不大 历时短 衰减快 离高坝基频远 中国地震动参数区划图 (GB18306-2001) 加拿大新的建筑规范(NBCC 2005) 采用了与地震动加速度反应谱对应的 有效峰值加速度(Effective Peak Acceleration EPA )
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
R＞30km Ms≥6.5 R>30km Ms≥6.5
0.1
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0.5
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0.7

地震动力分析中的输入问题

地震动力分析中的输入问题

地震动力分析中的输入问题孙造占(国家科委核安全中心,北京,100088)摘要陈述了地震动力分析的核安全审评依据,分析了在民用核设施的安全审评中关于地震动力分析所遇到的各种不同情况,其中包括支撑介质类型(如岩石地基、非岩石地基、深厚软土层地基等)以及所遵循的规范标准(如中国规范、法国规范、美国规范等)。

给出了其中各种典型实例的自然状况以及就地震动力分析的输入问题的审评经验和体会。

笔者认为,在地震输入问题上和在H AF0101(1)的执行过程中,尚存在着值得探讨的地方。

关键词核安全地震动力分析V ol.20.N o.2A p r .1999核动力工程Nuclear P ow er En g ineerin g第20卷1999第2期年4月1998年2月22日收到初稿,1998年11月16日收到修改稿。

1引言由于中国核电走的是引进和国产相结合的道路,而引进电站的核安全审评,原则上可以遵循被引进国的标准和规范,这就要求审评人员很好地掌握不同国家的核安全法规、标准、规范和导则等,并且,重要的是要了解其大量的支持性背景材料,这对于经验不很多的审评人员(因核安全中心的历史不长)来说,无疑是一个很大的挑战。

目前中国的民用核设施的建造一般很难要求一定要在坚硬的岩石上,核安全中心目前已审评过的民用核设施的厂址包括:岩石地基、硬土地基和深厚软土地基等。

要保证核设施在能抵御地震这一自然现象的前提下尽量的经济合理,它需要深入全面地了解和掌握地震的产生和传播机制、场地的响应及结构与土壤的相互作用等。

在地震动力输入的确定和运用方面,目前我国执行的核安全管理导则为H AF0101(1)(核电厂厂址选择中的地震问题)。

由于我国处于地震多发地区,但可利用的地震资料多数为宏观烈度,无法直接用来推算法规所要求的厂址地区的地面运动参数,只能利用既有丰富的强震记录又有与我国厂址地区相似的地震地质条件的国家(如美国)的数据来进行换算。

因此,我国在地面运动的确定方面,采用的是一种与其他国家不同的方法。

土石坝地震动输入机制研究综述

土石坝地震动输入机制研究综述

摘 要 ：土石 坝 的 动力 反 应 特 性 和抗 震 性 能 是 水 电工 程 界 关 注 的 焦 点 。设 计地 震 动 及 其 输 入 方 式 的合 理 确 定 是 进 行 大 坝结 构 动 力 反 应 分 析 和 安 全 性 评 价 的前 提 ，也 是 影 响 分 析 结 果 可 靠性 的重 要 因素 。本 文 对 土 石 坝 动 力 分 析地 震 动 输 入 机 制 研 究 中涉 及 到 的地 震 动 参 数 的确 定 和 地 震 动 输 入 方 式 等 的研 究 现状 进 行 了 总结 、评 述 ，并 在 此 基 础 上
快 、造 价较 低 和建 设 周期 短 等 优 点 ，已成 为世 界 各 国高 坝建 设 中广 泛 采 用 的坝 型 。为 了满 足 国 民经
济 发 展 对 能 源 的需 求 、加 快 西部 大 开发 ，水 电开 发 成 为 了我 国重 要 的 能 源 战 略 。我 国 的水 能 资 源
８ ０ ％以上 分布 在 西 部地 区 ，西 部地 区多 高 山和 峻 岭 峡谷 ，易 于修 建 调 节性 能好 的高 坝大 库 ，但这 些
收稿 １ ３ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ６ — ０ ８
基金项 目：“ 十一五 ” 国家科技支撑计划项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｂ ＡＫ ５ ６ Ｂ ０ ２ ） ；国家 自然科学基金青年基金项 目（ ５ １ ２ ０ ９ ２ ３ ４ ） ；水利部 “ ９ ４ ８ ” 创 新
项 目（ ２ ０ ０ ９ ２ ９ ） ；水 利 部 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经费 项 目 （ ２ ０ ０ ８ ０ １ １ ３ ３ ） 作 者 简 介 ：杨 正权 （ １ ９ ８ ０ 一 ） ，男 ，吉 林 集 安 人 ，博 士 ，工 程 师 ，主 要从 事 岩土 及 水 工 结 构 工 程 研 究 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｙ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｑ ＠ｉ ｗ ｈ ｒ ． ｔ ｏ ｍ

第四讲-2 多点地震动输入

第四讲-2 多点地震动输入

t s d u u u u g u g 0
u s为由于基础位移u g的拟静力位移，显然随时间而变化; u d 为结构的动力位移； 当结构各基础经历一致地面运动时p g (t ) 0.
k k T g
2, 直接积分法（动力时程反应分析） 动力时程反应分析可以描述结构在动力荷载作用下的结构反应 情况，对大跨度结构来说主要分为结构建模和结构输入两大部分。 近年来，随着计算手段的完善和具有较强分析模拟能力软件的开发 与利用，结构特别是大跨度结构的地震反应分析有了深入、全面的 发展，较之20世纪80年代以前主要以SAP或ADINA软件为蓝本的分 析更推进了一步，出现了一些国内外通用的计算软件。 目前各国学者对结构动力时程反应分析，在结构建模方面多采用三 维动力分析模型，并着重对地震波输入模型的影响效果进行深入的 探讨。地震波在介质中传播对大跨度结构地震时程反应影响的有效 模拟是近年来在大跨度结构抗震研究的热点之一，其中尤以多点输 入模型的建立为主要研究领域，主要以分析空间两点地震波的变异 规律，如行波效应、传播衰减、频率变异、入射角度变化等为主。 直接积分法是在结构的各支点输入地震动，求出结构的反应时程。 鉴于多点输入的特殊性，结构反应计算公式必须重新推导。
t m g u g cu t cgu g kut k g u g 0 mu
ut u s u d
d cu d kud p eff (t ) mu s m g u g ) (cu s cgu g ) (kus k g u g ) p eff (t ) (mu
地震发生时，从震源释放出来的能量是以波的形式传至地表，引起地面振动。 对于平面尺寸较大的结构，各支点的地震动是不同的，产生变化的原因大致有三 点。

地下工程抗震分析中地震动输入方法研究

第 29 卷 第 6 期 2010 年 6 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.29 No.6 June，2010
地下工程抗震分析中地震动输入方法研究
黄 胜 1，陈卫忠 1，伍国军 1，郭小红 2，乔春江 2
Cu Ku F ( f f damp ) A Mu
2 计算方法和原理
2.1 无限元边界 无 限 元 在 动 力 计 算 中 充 当 吸 收 边 界 (quietboundary)的角色，为保证任何入射情况下均无反射 波，单元本身引入了阻尼系数
[5，12]
。 (1) (2)
f -side 0
(12)
对侧边无限元人工边界，无限元人工边界相应
damp f n-side 0
(13)
竖向内力包含入射波和反射波的合效应，即
fdamp -side d (VP-in VP-out )
(14)
式中： d 为切向阻尼系数，且 d dS = CS 。
2.4.2 S 波(横波)波动输入 S 波在地层微元体中引起的应力主要是切向的
(1. 中国科学院武汉岩土力学所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 2. 中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
摘要：提出一种新的基于无限元人工边界的合理的地震动输入方法，该方法考虑到地层的辐射阻尼和地震波在地 层中的反射和散射，采用波场分解的方法给出地震波从底面垂直入射时不同边界面上的等效地震荷载的计算公式。 同时进行算例考证，结果表明，采用固定边界计算结果会出现失真的扰动，而采用该方法其结果与解析解吻合得 比较好。最后将该方法用于西藏嘎龙拉隧道三维地震动力分析中，得到一些有意义的结论。 关键词：地下工程；抗震分析；地震动输入方法；无限元动力人工边界；辐射阻尼；波场分解法 中图分类号：TV 144 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)06–1254–09

地震动输入解读

合成震例
采用能适合成批处理的震例，该震例可以很好地解释震例中普遍现象的一个修正了的地 震波，其结果在数值上、概念上都能很好地符合现行的理论认识。这样就能够克服第一 种方法中地震波输入带来的偶然性巧合或误差。
人工合成地震波
采用人工地震波拟合给定的反应谱作为输入。现有的地震记录大都是在地表测得的，而 现今相互作用分析大都近似假定地震波为竖向传播的剪切波，且由地面地震记录反演地 下某一标高的土层地震运动，也是基于这个假定；因此这也是一种可行的方法。 Housner[26]最早用随机过程理论来模拟地震波时程，然而将地震动过程看成平稳随机过 程，只能进行单点平稳加速度时程的合成。谱拟合人工地震动的合成最早由麻省理工学 院完成[27]，该方法提出较早，得到了广泛应用，但收敛精度较差[28]。为提高地震动谱拟 合精度以及考虑地震动的非平稳，国内外学者进行了不断的改进[17、28、29]，完善了谱拟 合人工波合成方法。
规范中对地震动峰值加速度的释义是：地震动过程中，地标质点运动加速度的最大 值。对设计地震加速度的释义是：由专门的地震危险性分析按规定的设防概率水准 所确定的或一般情况下与设计烈度相对应的地震动峰值加速度。
一般情况下，工程中应当依照国家有关部门颁布的《中国地震烈度区划图》确定的 坝址所在地的基本烈度作为设计烈度。在规范中规定了地震烈度所对应的地震动峰 值加速度。对基本烈度（50年超越概率10％、重现期475年）为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度的场 地分别对应于0.1g、0.2g和0.4g的峰值加速度，其中g是重力加速度值。对重要大 坝则需将设计地震加速度的水准提高到100年超越概率2％、重现期4950年。
参数问题
参数问题
地震持时
地震作用是一个时间过程，地震规模越大震源断层破坏面越大，破坏空间范围越广，破 坏过程时间越长。强地震动的持续时间在震害发生时对结构的影响，主要发生在结构反 应进入非线性化之后，持时的增加使出现较大永久变形的概率提高，持时愈长，则反应 愈大，最终产生震害的积累效应。

车桥耦合动力分析中地震动输入模式的研究


ｌ 简化地震一车一 桥耦合动力分析
将车辆和桥梁分别简化为竖向振动的簧上质量
系和单 自由度模型，忽略轨道不平顺的影响，并假 定下质量块与桥梁结构始终接触 ，则简化的地震～
收稿 日 ：２ １ —１ １ 修订 日 ：２ １ —７ ５ 期 ０ ０１— ； ０ 期 ０１ — ０ １
式中：ｍ，ｃ 和 分别为质量 、阻尼、刚度和位 ，走 移 ；下标 ｂ表 示 地 面 运 动 ；下 标 ｓ和 Ｖ 分别 表 示 支承以上桥梁系统和车辆簧上质量系 ；下标 １ ２ 和
对轮轨关 系为非线性 的情况 ，采用地震动加速度输入模式 ，在车速超过 ８ ・ 时会导致耦合系统动力响应被 ０ｍ ｓ 严重低估 。
关键词 ：车桥系统 ；动力分析 ；地震动输入模式 ；位移输入模 式 ；加速 度输入模式 ；轮轨关系
中 图 分 类 号 ：Ｕ４８ １ ：Ｕ４ ２ ５ ４．３ ４ ．５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
２ １ 地 震 动位移 输入模 式 ．
＝ Ｃ／ ２ ｏ ＝ ｓ （ｍ。 ） ： Ｊ
则式 （ ） 变为 １
ｓ
＋２ ｓ ｓ ［ ＋ｍ ） —ｒ ＋ ＋ 一 （ ｚｇ ｎ ｓ
ｖ ｚ — Ｕ） Ｃ （ｖ ｕ） ＋ ２ ｂ （ｖ ￡ 。 ＋ ｖ “ — ｓ］ ＋ 。
（） ４
绝对 坐标 系下 ，车辆 、桥梁子 系统 动力平 衡方
程分别为
Ｍ ｖ ｖ＋ Ｃｖ ｖ＋ Ｋｖ ｖ — Ｆｖ ｕ ｕ ｕ ， （Ｏ １）
式 （）右端 荷 载 中第 １项 为 动力 相 互 作 用 部 ４
分 ，第 ２ 项为地面运动速度引起的部分 ，第 ３ 项为 地 面运 动位 移 引起 的部分 。
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （ １ ７０ ５ ；中央高校基本科研业务 费专项资金资助项 目 （０ ９Ｂ ７ ） ５１８２） ２０ Ｊ Ｍ０８ ；比利时 一中国政府问 合作项 目 （ ＩＯ ／ ７ Ｂ Ｌ ７Ｏ ）

工程结构的地震动输入问题

• 解答
– dx(t)= -x’’g(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)/wddT
– x(t)= -1/wdJ0-t{x’’g(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)dT}
dT T
back
.
反应谱的定义
x’’g(t)
s(t)= f(x’’g, ς, T1)
ς Duhamel 积分
Max
back
特解（强迫振动）
• 输入过程的离散化——微脉冲 -x’’g(T)dT
– dx(t)=e-ew(t-T)[A0coswd(t-T)+B0sinwd(t-T)]
• 冲量作用
– 前后位移为0： A0=x(T)=0
• 动量定律：x’(T)=-x’’g(T)dT
– B0=[x’(T)+ewx(T)]/wd=-x’’g(T)dT/wd
的不确定性是无法降低的 – 结构模型化（包括结构动力分析模型和结构恢复力模型的确定）是必
需的，与此有关的不确定性可以通过模型和算法的改进予以降低 – 迄今为止的各种破坏指标与准则几乎都是在特定加载制度下某种结构
或子结构试验的基础上提出的，还没有一种被广泛接受，当推广应用 到其它的加载形式和不同的结构类型时具有不确定性。 – 尽管地震动输入所包含的与震源和传播介质的随机性等有关的固有不 确定性不能降低且必须接受，但与地震动模型化及参数的非完备知识 等有关的系统不确定性将随着强震观测数据的日益积累以及地震预测 技术的提高而逐渐降. 低
按静力法计算。
底部剪力法
弹性 将结构第一振型的最大响应视为结构的总地震最大 适用范围很有限，属振型
反应谱 响应，按静力方法求解。
分解法的特例。
将输入在时域上进行离散，在各时段内的动力问题 与线性结构的不同在于结
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关于地震动输入机理的分析与探讨万文智1 窦兴旺2(1.江苏省交通规划设计院 南京210005; 2.河海大学 南京210098D摘要:地震动的输入机理是目前大坝抗震分析研究的重要课题之一 文章探讨了多种地震动的输入方法;同时结合数学模型对每一种进行了较详细的研究比较 并作出评价 得出了一些对工程设计有益的结论关键词:地震动输入机理;地震输入方法;数学模型;有限元数值分析中图分类号:TV 641;TV 697.2+4收稿日期:2000-01-27土石坝的地震反应 是在地运动的激励下 地基 坝体和库水三者相互作用的结果 而通常能得到的地震波记录都是在无坝条件下获得的 并且该地震波记录往往不是在坝址处获得 因此 通常是将坝址附近的自由场地震波或与坝址处场地条件类同的地震记录结合当地场地特性进行合理地调整 作为动力分析时作用在大坝上的输入地震 为此 在进行土石坝动力分析时 一个很重要的问题就是要确定以什么样的方法在何处输入什么样的地震动时程 此即为文章所要研究的地震动输入机理概述通常 地震动输入应包括两方面的内容:一是输入运动本身 即在地震反应分析中 应采用什么样的地震动作为地震输入 这属于工程地震危险性分析的范畴 其任务是设定工程地震动强度和设计地震动时程 无疑 这是抗震分析中的关键之一 在抗震分析中有较大的不确定性 确定要输入的地震动通常由地震地质部门负责提供实测波 会同设计部门选择适合当地场地特征和结构特性的地震波 本文对此未作深入的研究;二是地震波输入方法 本文将对此进行较为详细的研究在对坝 地基相互作用系统进行动力分析时 通常在系统底边界输入自由场记录 但这样做的结果是 由于地震波传播过程中产生的波传导效应 将产生放大和滤波作用 通常计算得的坝底地震反应将比周围自由场大很多为此 近年来国内外采用无质量地基的近似处理相当流行 这种处理是在系统质量矩阵 中将对应于地基单元的项充零 从而削弱了有效地震力 这对补偿波的传导效应有益;但完全不考虑地基的质量也是不恰当的 易致使人为放大系统的自振频率另一种输入方法是在模型底边界输入基岩地震动 而基岩地震动需要由自由场记录反演得到 这一方法首先实际应用于美国~umbolt gulf 核电站的分析 并与在San f ernando 地震中的实测值吻合较好综上所述 目前在相互作用分析中提出和应用的地震动输入方法有4种:a .在坝基面上直接输入地表自由场记录(如图1(a D D ;b .在坝基面上直接输入地表自由场记录 但引入无质量地基模型(如图1(b D D ;c .在有限元模型底(或基岩处D 输入自由场记录(如图1(G D D ;d .将自由场记录进行反演 得到基岩地震动时程 再将该时程输入到基岩进行结构的正演分析(如图1(d D D图1不同地震输入方法示意图2地震动输入机理研究本文研究中应用的人工边界须满足假定:a .人工边界处(边界层处D 材料均质弹性;b .波垂直于人工边界入射文章通过频域内反演和时域内正演校核调整此两个不断迭代修正的数值计算过程 来进行基岩地震动反演模式 在一定程度上考虑了地基土的非线812000年12月20日大坝观测与土工测试第24卷第6期性特性O如前所述9文章在进行地震动的输入机理问题研究时9共分析比较了4种不同的输入方法O 其中9第1种忽略了坝基处地震动和自由场记录的差别9有一定的近似性9因此在应用于土石坝与深厚覆盖层地基相互作用的研究中9似乎还值得进一步探讨O第2种最先是由101gh R W在进行拱坝地基相互作用研究时提出的9此后9许多学者便应用该方法研究混凝土坝地基的相互作用问题O夏颂佑等研究土石坝结构动力问题时 3 9认为可作如下处理在进行坝体结构动力分析时9同时计入坝体和地基的刚度9但只计入坝体的质量9在有限元分析过程中9对应于地基自由度的质量矩阵的元素充零而在分析地基问题(包括地下防渗墙结构的动力响应等时9则应同时考虑坝体和地基的质量和刚度O经过这样处理所得的计算成果比较接近工程实际情况O 第3种从理论上讲不是太合理9因为这样的自由场记录在传播到坝基时已经过了较多的改变9然而9模型试验时只能采用从模型基底输入的方法O 第4种是一种理想化的方法O实际上是将自由场记录在无坝条件下反演9得到基岩地震动时程9再在基岩输入该地震动时程9对整个大坝地基库水系统进行正演分析O如果不是地基土的诸多不确定的因素9反演方法从真正意义上实现了基岩处(如果地基模型取至基岩地震动的输入9这恰恰是最合理的9也是最方便的地震动输入方法O如图2所示土石坝地基相互作用数学模型中9坝高125m9左右侧地基宽度和深度均取500mO图2土石坝地基相互作用数学模型及有限元网格剖分对图2的土石坝地基相互作用数学模型9分别进行以上四种不同的地震输入9自由场记录均取用TAFT地震波O对控制点A(见图2 进行地震反应分析9所列成果均为顺河流方向9见表1~表3.图3~图49其中9图3(a ~图3(d分别为第1~第4种不同地震输入情况下的A点的加速度反应时程9图3(e为自由场记录的反演时程O由表1~表3及图3(a ~图3(d的成果看出9第3种地震输入方法的坝体的地震反应最大9而且比其他三种大较多9应该说有其不尽合理的地方9实际上9该方法对结构是偏于安全的O第1种次大9第2种最小9可见无质量地基模型削弱了有效地震力O 第2种和第4种的动力成果较接近O这样9在其他3种地震动输入方法中9第2种9即在无质量地基模型的坝基面上输入自由场记录所进行的动力分析虽然是一种简化的方法9但将其应用于土石坝地基相互作用的研究却是可行的O对于复杂的地基情况9由于反演模式的复杂9势必导致反演所得基岩地震动的可靠性大大降低O因此9对此情况9应用在无质量地基模型的坝基面上输入自由场记录可能是一种相对较好的地震动输入模式O表1不同地震输入方法下的A点的最大加速度地震输入方法输入1234最大加速度/S 1.759 6.118 5.2109.026 5.552表2不同地震输入方法下的A点的最大加速度放大系数地震输入方法1234最大加速度放大系数 3.478 2.962 5.131 3.156表3不同地震输入方法下的A点的最大动位移地震输入方法1234最大动位移/cm 2.617 2.035 3.805 2.207图3不同地震输入方法下控制点的加速度反应时程图4(a~图4(d分别对应于图1(a~图1(d 的4种不同的地震输入方法O由图4还看出9不同的地震输入方法对坝体结构的动力反应影响较大9但对地基动力反应的影响则不大9特别对地基中部的加速度缩减区9几种不同的地震输入情况较相近O3结语文章通过对4种不同的地震输入方法进行比较研究9分别作出评价O认为9对于简单的地基组成情况9若材料参数较易确定9再选用合适的反演方法9(下转第29页91专题万文智等关于地震动输入机理的分析与探讨(上接第19页)图4不同地震输入方法下的最大加速度等值线图则对于地震动输入 在基岩(或模型底边界)处输入经反演得的基岩地震动应是较合理的;而对于复杂地基情况 采用无质量地基模型的坝基面地震输入有一定的合理性O地震动的输入机理是目前大坝抗震分析研究的重要课题之一O 文章探讨了多种地震动的输入方法 对每一种进行了较详细的研究比较 得出一些对工程设计有益的结论 但要将这些研究成果应用到工程设计中 仍有许多工作要做 特别要积累更多的强震观测资料 以对各种地震动输入方法进行校验 从而将理论研究用以指导工程设计O参考文献1<地震工程概论>编写组编著 地震工程概论(第二版) 科学出版社 19852陈厚群 侯顺载 王均.拱坝自由场地震输入和反应 地震工程与工程振动 1990 10(2):53~643夏颂佑.冶勒沥青混凝土心墙堆石坝三维非线性动力分析报告.19944C lough R W Stephen R M and uo J S~.Dynamic ReSponSe AnalySiS of Techi Dam .Report No .U CB /EE R C -82/11 Aug .19825Seed ~B L ee L IdriSS I M et al .The SlideS in theSan F ernando DamS During the E arth g ua k e of F ebruary 9.1971 P roc .AS CE V ol .97 G T 7 1975万文智 男 工程师 主要研究方向为水工设计ODYNAMIC ANA L YSIS OF SEISMIC E X CITATIONWcn Wen hi 1,Do z X in w cng2(1.J iangSu P rovince C ommunication P lanning and DeSign InStitute .Nanjing 210005)(2.~ohai UniverSity .Nanjing 210098)Abstract :The Study on SeiSmic excitation iS very important in the onti -SeiSmic analySiS for damS .V ariouS SeiSmic excitation meanS are compared and evaluated in the paper .Some reSultS uSeful to deSign are abtained by meanS of numerical analySiS W ith FEM .Keyw 0r d s :SeiSmic excitation :numeric analySiS model :finite element method关于地震动输入机理的分析与探讨作者：万文智， 窦兴旺作者单位：万文智(江苏省交通规划设计院,南京 210005)， 窦兴旺(河海大学,南京 210098)刊名：大坝观测与土工测试英文刊名：DAM OBSERVATION AND GEOTECHNICAL TESTS年，卷(期)：2000,24(6)被引用次数：7次1.《地震工程概论》编写组地震工程概论(第二版) 19852.陈厚群;侯顺载;王均拱坝自由场地震输入和反应 1990(02)3.夏颂佑冶勒沥青混凝土心墙堆石坝三维非线性动力分析报告 19944.Clough R W;Stephen R M;Kuo J SH Dynamic Response Analysis of Techi Dam. Report No. UCB/EERC-82/11, Aug 19825.Seed H B;Lee K L;Idriss I M The Slides in the San Fernando Dams During the Earthquake of February 9.1971 19751.周锦宏大坝与强地震——再论现代坝工设计与抗震实践[会议论文]-20082.N.穆尔扬托昂格.刘洪亮印度尼西亚锡索坎大坝的抗震分析[期刊论文]-水利水电快报2010,31(4)3.罗加谦.宋洋.Luo Jiaqian.Song Yang金安桥水电站坝下游面管道结构与抗震分析研究[期刊论文]-水力发电2007,33(12)4.钟菊芳.吴胜兴.胡晓.易立新.ZHONG Ju-fang.WU Sheng-xing.HU Xiao.YI Li-xin新疆克孜尔坝址设定地震研究[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2005,33(4)5.张伯艳.李德玉边坡稳定分析的地震输入模型[会议论文]-20076.李声平.吴杰芳.彭翠玲.LI Sheng-ping.WU Jie-fang.PENG Cui-lin水布垭混凝土面板堆石坝三维非线性抗震分析[期刊论文]-人民长江2005,36(7)7.田景元.张志伟.TIAN Jing-yuan.ZHANG Zhi-wei大岗山面板堆石坝加速度放大系数对材料动参数和输入地震动的敏感性分析[期刊论文]-水电站设计2006,22(4)8.陈厚群.CHEN Hou-qun坝址地震动输入机制探讨[期刊论文]-水利学报2006,37(12)9.陈厚群.郭明珠重大工程场地设计地震动参数选择[会议论文]-10.曾迪.Zeng Di武都碾压混凝土重力坝抗震分析与安全评价[期刊论文]-灾害学2010,25(z1)1.陈利锋.刘文清.黄飞.徐俊杰地震波在混凝土重力坝中的特性反应[期刊论文]-大坝与安全 2010(6)2.张波.王赟.王玉琴土石坝地震反应分析[期刊论文]-黑龙江水利科技 2006(5)3.蔡新.武颖利.郭兴文混凝土坝及坝后式厂房整体地震响应分析[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2008(1)4.杨志刚.武颖利.程颖新水电站大坝及厂房整体与分块动力计算比较[期刊论文]-人民长江 2008(24)5.代思波.张林.李佳奕.姚强.梁超汶川地震震损水库情况调研及震害分析[期刊论文]-四川水力发电 2009(5)6.位敏高地震烈度下碾压混凝土重力坝动力特性及抗震安全分析研究[学位论文]硕士 20057.孙亚峰金安桥碾压混凝土重力坝动力特性研究[学位论文]硕士 2006引用本文格式：万文智.窦兴旺关于地震动输入机理的分析与探讨[期刊论文]-大坝观测与土工测试 2000(6)。