地震三要素及地震波三要素

地震三要素： 时间、地点、震级。 震级表示地震的大小，与地震时震源释放的能量大小有关。 地震烈度表示 地面及建筑物遭受 地震影D向和破坏的 程度。

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建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。
    频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。
加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。
    持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。
说明:
有效峰值加速度 EPA＝Sa/2.5 （1）
有效峰值速度 EPV＝Sv/2.5 （2）
特征周期 Tg = 2π*EPV/EPA （3）
    1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。
    上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是：在对数坐标系中同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱，找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1，然后在拟速度反应谱上选定平台段，其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期T1)，结束周期为T2，将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa，拟速度反应谱在T1至T2之间的谱值求平均得Sv，加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5，按公式(1)、（2）、（3）求得EPA、EPV、Tg。
    在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具>地震波数据生成器，生成后保存为SGS文件)，用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组，然后将抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数，将其代入到地震波调整系数中。将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。
    建筑抗震设计规范5.1.2条中规定，采用时程分析方法时，应按照场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其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。所谓“在统计意义上相符”指的是，其平均影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在各周期点上相差不大于20%。
    在MIDAS程序中，可选取两组实际强震记录生成两个SGS文件(调整Sa后的)，然后将一组人工模拟的加速度时程曲线也保存为SGS文件，将三个SGS文件的数值取平均后与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比较看是否满足“在统计意义上相符”，由此也可判断选取的地震波是否合适。
另外，弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得到的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

以下转自专业论坛网友讨论
发现有很多朋友询问关于在PKPM中进行时程分析以及地震波的输入的问题，回帖比较散，所以现在总结一下，方便兄弟们查询。

    1. PKPM中地震波的输入问题。
     zzhhxx发的帖子“新版SATWE中人工地震波记录如何输入？”中已经将如何输入地震波说的很明白了，现整理如下：
    “人工数据波编写
         文件名：user1,user2,....，文件不能有任何后缀
         文件格式：第一行总时步数（时间间隔0.02s）
         其它各行，每一时步的加速度值，单位gal(cm/s2) ”
    举例：输入的地震波共有5个加速度值，时间间隔是0.02m的，则用excel整理成如下格式即可:
                     5
                     0.2
                     0.5
                     0.8
                     0.1
                     0.3
    将文件名改为“user”或“user”加上“1”或“2”或其他阿拉伯数字，复制到需要做时程分析的工程的PKPM目录中即可。
    值得注意的是：如果只是输入一个方向的地震波，则文件名无需任何后缀。例如你要输入三条地震波，每条只是一个方向的地震波，则按上面格式调整完的地震波改名成user1、user2、user3，然后复制到PKPM工程目录即可。如果你想一次输入三个方向的地震波做三维时程分析的话，则需要将三个方向的地震波时程分别整理成以上形式，然后分别命名为user1.x、user1.y、user1.z放到PKPM工程目录中，则PKPM会将三个方向同时读取进去进行三个方向的时程分析。
    2.关于地震波的选取问题。
    先说一下选波的原则，规范中的说法是：选用的地震波的反应谱在统计意义上与所在场地的设计反应谱相同。
    实际操作起来很简单。首先天然波大家可以去搞一本《建筑工程抗震性态设计通则CECS160：2004》，国家地震局工程力学研究所出的，估计卖规范的地方都能订到。里面对各种情况下时程分析所采用的地震波都有推荐，每种情况三条。小弟手边没有这本书，所以没法把内容给大家敲上来，sorry了。人工波可以让做勘查的提供。我们单位做的几次时程分析都是找的勘查部门提供的地震波。这样你用他们提供的地震波做抗震验算出事了也是他们负责，呵呵
    那么再简单说一下地震波的选取的理论说法。
    这个问题很早就在论坛“工程抗震”栏目中有过讨论了，由于内容太多，就不给大家一一“复制、粘贴”了。现在把这几个帖子的名字贴出来，大家去工程抗震专栏里查出来一看就明白了。
        “ 地震波平均值和反应谱在统计意义上相符”
        “反应谱曲线平台段意义？”
        “地震波转化为反应谱”
        “反应谱反应的是结构的性质还是地震的特性呢？ [精华]”

    还有好多，大家有兴趣研究的话可以去“工程抗震”栏目多看看。这里本人只是将前人的帖子整理加上一下自己的理解，希望可以对大家用PKPM做时程分析有所帮助。