在评价工程爆破地震效应对环境的影响时,除了按振速值控制外,往往还需要用地震波对建筑物进行振动分析,如采用时程法分析结构的非线性动力反应计算等。
构造单响爆破地震动波,必须已知波的三个要素和测点爆心距。波的三要素是指波的主频率和频率谱构成;波的峰值大小,即振速或加速度峰值;波的持续时间。测点爆心距是指地震动波及的场地距爆心的距离,即远爆源区、中爆源区、近爆源区三种,主要用于确定波的形态。
波的频率谱构成,常采用两种谱表示,一种是富氏谱,另一种是反应谱。工程地震一般直接采用反应谱,或者建立富氏谱与反应谱的对应关系,计算出对应的反应谱作为目标谱,再依据振幅的峰值与波的持续时间,以及包络函数来建立对应于该反应谱的地震波。
现介绍一种人工波的构造方法。假设地震波由一系列三角波叠加而成,用Sv(t)表示组合成的平稳波,则有:
式中:Ai为对应某频率ωi的振幅值;φi为初相位角,因为其具有随机性,可用 [0,2π]的均匀随机数表示;n为该波的频带范围内取的不同振幅与频率波的个数;t为时间。
将上述平稳波Sv(t)非平稳化,即得到要构造的地震波Wv(t)为
式中:ψ(t)为外包络函数,由式(1-18)确定。(www.daowen.com)
实际计算时,地震动波振幅最大值可以由单药包爆破地震动衰减关系式确定,这是最直接又简单的方法,但其误差大,没有考虑频率的影响,因此多采用波形反应谱曲线来确定,这可以包含频率的影响。具体作法如下。
根据设计要求,确定模拟点爆破地震动波的标准反应谱曲线,作为目标谱,算出初步模拟得到的地震动波形Wv(t)的反应谱曲线,将其与目标谱进行比较,如果二者谱值一致,而且波的峰值与设计的相等,则认为该波形是所求的。一般经过几次修正试算,可以得到满意的结果。要使二者完全相等,是难以达到的,因此通常对峰值给出一个误差允许值εv,设计峰值Vmax应与人工构造波的峰值V′max满足式(1-22):
式中:εv可取为2%~5%。
对于设计谱值βvi(i=1,2,…,n)与人工构造波的反应谱值β′vi(i=1,2,…,n)二者差值也应满足给定的允许误差Δβv,即
式中:Δβv 可取为5%。
这时所求得的波形合乎要求。
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