[發明專利]基于斷層物理模型和脈沖函數的跨斷層橋梁空間變異性輸入地震動模擬方法

在審

• 申請號: 202210883427.5
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115390134A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 胡進軍;盛兆琦;謝禮立
• 申請（專利權）人: 中國地震局工程力學研究所
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30;G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出基于斷層物理模型和脈沖函數的跨斷層橋梁空間變異性輸入地震動模擬方法。所述方法采用混合方法模擬地震動時程，分別采用基于斷層物理模型的模擬方法模擬高頻地震動，采用參數化的脈沖函數模擬低頻分量，兩者濾波后疊加得到地震動時程，最后由考慮地震動的空間變異性的轉換矩陣，得到具有空間變異性特征的地震動作為跨斷層橋梁非一致激勵的輸入地震動。本發明將基于斷層物理模型的模擬方法與脈沖效應參數化的數學脈沖函數相結合，得到既體現場地高頻特征又兼顧斷層區域脈沖效應和永久位移特點的地震動時程，為跨斷層橋梁輸入地震動模擬提供一種簡單易行的方法。

技術領域

本發明屬于橋梁抗震設計技術領域，特別是涉及基于斷層物理模型和脈沖函數的跨斷層橋梁空間變異性輸入地震動模擬方法。本發明針對跨斷層橋梁缺乏實際地震動輸入的局限，為其抗震設計提供合理的輸入地震動。

背景技術

過去幾十年的震害經驗表明，在地震作用下，由于地面振動和地表破裂的聯合作用，跨越斷層破裂帶的橋梁可能遭受重大的破壞。斷層錯動在兩側產生的位移差使橋梁上部結構產生相對位移甚至發生扭轉，進而導致落梁、支座變形破壞，橋墩發生彎曲和剪切破壞，出現殘余變形。斷層兩側地面運動不同，跨斷層橋梁在支承處產生不同的地面運動，主要表現為脈沖效應、永久位移和兩側的變異性。但目前在全球范圍內沒有觀測到跨斷層強震記錄，相距最近的近斷層地震動記錄也有數公里，遠超橋梁跨徑，難以滿足需求。

為了解決跨斷層橋梁輸入地震動的問題，一些學者采用確定性方法、隨機方法以及混合方法進行模擬，這些方法雖然能模擬得到一定的結果，但有自身存在的一些問題，如確定性方法常用于模擬低頻地震動，隨機方法常用于模擬高頻地震動，用這兩種方法去模擬寬頻帶的跨斷層脈沖型地震動值得商榷。混合方法是利用兩種方法的優點，分別模擬高低頻部分，最后疊加得到寬頻帶地震動，是目前主流的模擬方法。其中一些研究人員采用的混合方法選取實際的近斷層記錄并采用脈沖函數擬合濾波后的低頻地震動，最后疊加到實際記錄的濾波高頻分量，這依賴于選取的記錄，雖然能有脈沖效應和永久位移特征，但這種方法對于缺乏近斷層記錄匱乏的地區只能近似使用，模擬得到的兩側的地震動記錄沒有關聯性，同時也不能體現出場地的高頻特征，作為跨斷層橋梁的輸入地震動合理性不足。另一些學者通過建立斷層物理模型模擬體現場地特征的高頻地震動，并用確定性方法構建低頻地震動，二者疊加。但這樣不能體現出斷層區域的脈沖效應和永久位移特征。

因此針對現有各種跨斷層地震動模擬方法的不足，發明一種新的面向跨斷層橋梁輸入地震動的模擬方法，為其抗震設計研究提供參考。

發明內容

本發明目的是為了解決跨斷層橋梁輸入地震動模擬中存在的問題，提出了基于斷層物理模型和脈沖函數的跨斷層橋梁空間變異性輸入地震動模擬方法。本發明所述方法解決了缺乏強震記錄的斷層區域模擬地震動的局限性，同時兼顧了場地高頻特征，彌補直接選取近斷層記錄高頻分量的不足。通過建立目標斷層的物理模型和量化的脈沖函數得到具有斷層區域脈沖效應和永久位移特征且具有空間變異性的地震動，為跨斷層橋梁抗震分析提供合理的輸入地震動。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出基于斷層物理模型和脈沖函數的跨斷層橋梁空間變異性輸入地震動模擬方法，具體包括以下步驟：

步驟S1，確定斷層模型參數并建立斷層模型；

步驟S2，應用EXSIM程序模擬得到目標區域的高頻地震動，對其進行高通濾波得到疊加的高頻時程；

步驟S3，采用不同脈沖模型分別模擬走滑斷層法向方向性效應和平行向滑沖效應的低頻脈沖，選取近斷層脈沖記錄擬合脈沖參數，統計回歸分析得到擬合的脈沖參數與地震動參數的關系曲線，再根據已有的經驗公式確定脈沖函數各參數的取值；

步驟S4，通過轉換矩陣得到考慮空間變異性的一對斷層地震動，為跨斷層橋梁提供合理的輸入地震動，所述轉換矩陣的每個元素代表斷層兩側某一方向的地震動分量。

進一步地，在步驟S1中，對擬建橋址處進行地質勘察，確定斷層模型的輸入參數。