文摘

地面运动记录获得的CDSMON Yangbi Ms6.4地震期间,云南省,2021年5月21日受到常规基线校正和过滤等处理。地面运动的不稳定时频特征信号进行小波变换,分析和加速度反应谱特征典型的站在不同震中距离,大小,及现场条件进行分析。使用有限元软件建立模型来分析一个典型的连续梁箱梁桥的地震反应。最大峰值地面加速度(PGA)地震(720.29加仑)是获得53 ybx NS方向的震中距8.6公里。能源站53 ybx主要是集中在0-15赫兹范围,和低频分量的能量造成极大的损害,建筑与自然频率在这个频段。Sa值附近地震的起源相对较大,随着震中的距离增加,Sa的占主导地位的时期也逐渐增加,高频成分减少。地震等级的增加,股价峰值增加,和长周期分量变得更加明显。土壤站有更明显的长周期分量的基石,这是符合的扩增结果表面上覆岩层厚度的反应谱加速度。地震没有影响梁连续箱梁桥的桥墩位移0.77年代的基本周期,但有一个很大的影响桥墩底部的弯矩。

1。介绍

据中国地震台网中心的测量,在21:48在5月21日,2021年,Ms6.4地震发生在Yangbi县,大理,云南。震中位于25.67°N和99.87°E,震源深度约8公里。地震属于典型的foreshock-mainshock-aftershock事件。超过350地震发生在主震之前,包括5级的地震Ms4.0或以上。最大的前震是21岁的Ms5.6地震:21在5月21日,2021年,与震中25.67°N和99.87°E,震源深度10公里,距离Ms6.4主震6公里。主震后,云南地区地震台网记录丰富的余震序列。2021年5月26日,2426 0级以上余震记录。最大余震Ms5.2地震22:31 5月21日,2021年,与震中25.59 N和99.97°E),震源深度约8公里(1]。这次地震的发震断层是一个NW-trending二级断层的西区Weixi-Qiaohou的错,这是由右旋走滑运动(2,3]。5月25日,云南省地震局发布强度的地图Ms6.4 Yangbi地震云南,这表明这次地震的最大强度是八世,强度VI及以上的面积大约是6600公里²,包括6县市的大理县。

中国数字强运动观测网络(CDSMON)捕捉丰富的地震后的强地面运动记录。陈和李4)进行常规处理过滤等地面运动记录,分析了地面运动振幅的衰减模式和时间特性,并比较了记录加速度响应谱的电台与不同震中距离。田et al。5)比较和分析了加速度响应谱的6站最近的震中距离和最大振幅。上述研究地面运动的频域特性分析主要基于加速度反应谱。

地面运动记录属于的非平稳时变信号,和他们的能量和频率随时间变化很大6]。传统信号处理方法不能反映频率成分的时间依赖性,而小波变换和小波包变换的时频分析方法适合于非平稳的信号(7,8]。因此,基于传统的处理等地面运动记录的基线校正和过滤,分析介绍了小波和小波包变换的时频特征。加速度反应谱分析,除了反应谱特征的比较分析不同震中的距离,不同的地震情况下的反应谱特征在同一车站与反应谱特征站与震中距离相似,但不同的现场条件,土壤和基岩等比较分析。此外,一个典型的有限元模型建立了连续梁桥梁分析模型的压力下Ms6.4 Yangbi地震,云南。本研究进一步探讨了影响模式的非平稳地震动信号的时频特征的结构,更深入的研究价值和意义。

2。收集和处理强烈的运动记录

基线校正、过滤和其他传统的数据处理9未修正的加速度记录进行了。(1)加速度记录的平均价值20多岁之前记录的时间记录的原始加速度计算和减去原始加速度,然后调整记录零点漂移。(2)加速度记录调整零位线受到双向高通滤波后通过一个数字滤波器(四阶巴特沃斯)0.01 -100 Hz的截止频率范围选择根据奈奎斯特采样率。(3)修正后的加速度记录过滤根据临时代码计算截止频率范围的仪器地震烈度0.1 -10赫兹,和仪器地震强度计算。典型的强烈地震的基本信息和相关参数记录对应的强烈运动站Ms6.4地震如表所示1。最大峰值地面加速度(PGA)地震(720.29加仑)是获得53 ybx (Yangbi火车站8.6公里,离震中距)NS的方向。这个主要是远场地震记录的记录获得,很少近场记录。

3所示。小波和小波包分析

小波变换和小波包变换是信号分析工具和适合的非平稳信号时频分析方法10]。小波变换继承和发展的理念定位在短时傅里叶变换(STFT) [11],它弥补了缺陷的窗口宽度不能用于任何频率和提供了一个随频率变化的时频窗口(12]。推广和扩展的小波变换,小波包变换可以提供一个更精致的信号分析方法(13]。与传统的傅里叶变换和小波变换相比,小波包变换的优点是,它将时频平面更精细,提高了信号的高频分量的分辨率(14]。

3.1。小波变换分析

考虑到Daubechies小波的波形非常类似于地震动的速度脉冲的高密实度,平滑,近似对称(15),Daubechies 8作为小波在本研究的基础。的时频分析Ms6.4地震的地面运动信号是使用一维连续小波变换(16]。强烈的运动记录三个方向(电子战、NS和UD)获得在车站53 ybx被选为小波分析。分析结果如图所示1。在频域,整个低频信号能量强,高频信号能量弱,三个方向的能量主要集中在0-15 Hz范围内。在时域中,有两个能量峰值在电子战和NS方向尺码和36-38年代和一个能源高峰UD方向36-38年代。在一般情况下,能量峰值UD方向有一个更大的宽度和小波系数低于EW和NS的方向。

3.2。小波包变换分析

在这项研究中,Daubechies 8仍作为小波包分解的小波基。强大的地震仪的采样率是200赫兹。考虑到分辨率和细化的要求,选择五层小波包分解,所以最低频率带宽为1.5625赫兹。此外,该序列号排序障碍发生在小波包分解。MATLAB程序是使用在过去的研究方法[17)来实现频率的函数节点序号排序。频带能量比拦截在0.1,和数字2- - - - - -4显示分布的地震能量谱Ms6.4地震车站不同震中距离。

电子战中的能量和NS方向53 ybx从震中(8.6公里),离震中,主要分布在第一个8模式(0 - 12.5赫兹),能量UD方向更广泛分布在第一13模式(0 - 20.3赫兹),EW方向的能量峰值在0 - 1.6 Hz范围内,能量在NS方向的峰值4.7 - -6.2 Hz范围内。没有突然增加能量频带UD的方向,和占主导地位的能带宽度占很大比例。53海底从震中(31.3公里),电子战中的能量和NS方向主要分布在第一个10模式(0 - 15.6赫兹),UD方向上的能量分布在前11模式(0 - 17.2赫兹),电子战中的能量和NS方向的峰值在0 - 1.6 Hz范围内,能量方向UD峰在9.4 - -10.9 Hz范围内。53 bcj从震中(72.6公里),电子战中的能量和NS方向是主要分布在第一个3模式(0 - 4.7赫兹),UD方向上的能量分布在第一个5模式(0 - 7.8赫兹),能量峰值在0 - 1.6 Hz范围分布在所有三个方向。发现主要的能带宽度的不同距离车站同一地震的震中是电子战UD方向比和NS的方向。震中距的增加,能量特征频带的宽度窄,占主导地位的能量更集中在低频带,和高频能量减少。

4所示。加速度反应谱的特征

加速度反应谱是一个重要的基础和工程抗震设计方法。计算和分析加速度响应谱是有助于理解的频域特征强烈地震震中附近的加速度和直接显示不同的自然结构的最大响应时间地震(18]。

4.1。加速度反应谱的站在不同震中的距离

加速度反应谱(Sa)的三个土壤站(53 ybx、53个海底和53 bcj)与不同距离Ms6.4地震的震中被选中并与抗震设计反应谱车站所在的地区(建筑抗震设计规范》(GB 50011 - 2010))。站53 ybx位于Yangbi彝族自治县。站53 ybx,第八地震设防烈度、设计基本地震加速度是0.20 (m / s²),设计地面运动组第三组。电台53海底地震设防烈度和5 bcj是八世。从图可以看出5,Sa光谱之间存在相似的三个方向53 ybx(电子战,NS, UD)的主要时期是在0.04 - -0.09。电子战的方向和NS的Sa价值高而强度的设计谱八世罕见的地震在0.1 s。当时间小于1.2秒,股价高于设计八世设防地震的强度;UD方向,Sa高于八世罕见的地震强度的设计谱在0.2秒,3秒后,股价变弱,至接近0 g。Sa的53个海底三个方向的周期是大约0.05 - -1.1 s,和股价低于设计谱的强度八世罕见的地震。当时间小于1.2秒,电子战的Sa和NS方向高于设计频谱强度八世频繁的地震,和UD方向,股价高于代码设计光谱强度八世频繁的地震在0.1 s。Sa在三个方向站53 bcj低于设计光谱强度八世频繁的地震,和Sa的卓越周期大约是0.15 - -1.5。比较表明,Sa值附近的地震是相对较大的起源。随着震中的距离增加,Sa的主要时期也逐渐增加,高频分量减少,和Sa谱变化的长期整体,这是由于地震动衰减的传播介质。因此,结构的最大响应降低。

4.2。加速度反应谱不同的地震震级在同一车站

三个地震(Ms6.4 Ms5.6和Ms5.2)的53个ybx站被选中,和他们的Sa是比较分析(图6)。Ms6.4在三个方向的Sa值在0.09 s是相对较高的设计谱强度八世罕见的地震,而电子战的方向和NS的Ms5.6高0.1 s是与七世罕见的设计谱地震相比,Sa值的方向UD低于八世罕见的地震强度的设计谱和更高的比强度的设计谱七世罕见地震这一时期和Ms5.2在0.09年代相比,高强度的设计谱八世罕见地震NS的方向。显示的比较,Sa光谱的三个地震是一致的方向相同,和Sa值NS的方向和不同震级的地震在同一车站大于EW和UD的方向。与震级的地震,Sa增加峰值和长周期分量变得更加重要。

4.3。加速度反应谱的土壤和基岩电台与震中的距离

土壤站53 bcj(震中距72.6公里)和基岩站蓝芽53(震中距67.7公里)具有相似距离选择同一Ms6.4地震的震中。根据两个电台(表的强度值1),这两个站的仪器强度达到3.29和5.12,分别。因此,强度VI频繁和强化抗震设计谱是采用的比较。如图7Sa tri-directional价值53 bcj曲线较低与VI强化抗震设计谱强度相比,的值在0.2秒后方向NS和电子战达到的水平高于强度VI频繁的抗震设计谱,蓝芽和Sa tri-directional值53曲线较低强度VI抗震设计谱。根据比较,土壤站(53 bcj)有一个高峰Sa值和长周期分量相对于基岩站蓝芽(53),Sa衰减的过程是放缓,整体反应谱曲线向右移动。分析表明,现场条件往往产生重大影响场地面运动和土壤造成了更明显的放大效应比基岩地面的加速度响应。这样放大并不局限于长周期部分中体现。相反,短周期的Sa振幅也会增加一部分,产生广泛影响的建筑。具体的放大系数与土壤覆盖层的厚度(19- - - - - -21),值得进一步研究。

5。典型结构的地震反应分析

作为城市建设的生命线工程,道路和桥梁结构的地震安全为保证设备的正常运转具有重要意义的社会、政治、经济生活以及灾后救援和重建(22]。在本节中,典型的有限元模型建立了钢筋混凝土连续梁箱梁桥模拟大桥上的压力下地震,分析参数的影响桥梁的地震反应,和为未来的地震研究奠定基础23]。

5.1。项目概述

连续梁桥的特点是结构刚度大,变形小,伸缩缝,表面光滑、舒适的驾驶,所以它被广泛用于现代桥梁的发展。在这项研究中,箱梁(40 + 70 + 40)被选为连续梁桥梁模型(24]。大桥高程图所示8。桥的上层建筑是钢筋混凝土连续箱梁,重力式桥墩和子结构由矩形(25]。每个码头的大小是8米×3.5米×5.0米。码头的主要钢筋的直径是28毫米,其他钢筋的直径为16毫米,基础桩帽地基和基础条件根据地质调查数据被添加。码头有助于保证延性和承载力高。考虑到E1和E2阶段,码头的响应下的桥梁结构的地震研究和分析26]。

5.2。定义钢筋混凝土的本构关系

在桥的地震分析,曲线应根据要求规范定义的。钢筋混凝土码头,混凝土核心区域计算的约束混凝土(27),混凝土保护层的厚度内计算无约束混凝土。相应的混凝土的极限压应变计算根据曼德本构关系,并强化和部分数据都是进口的。钢筋本构关系的滞回模型是基于双折线模型,在财政年度为345 MPa, E1 210 Gpa, 1%的E1和E2(图9)。

5.3。有限元模型和模态分析

桥的动态计算模型建立了Midas民用软件(28]。共有113个节点建立了整个大桥和分成96个单位。梁,梁底部被简化为一般支持约束(29日),上层建筑和子结构弹性连接,和子结构的部分也有弹性地连接(图10)。该方法用于计算桩基刚度的四面八方。结构载荷转化为质量。特征向量计算采用兰索斯法,和振动模式的数量是11030.]。第十桥结构的固有频率和累计参与前110模式的质量被认为是(表2和3)。桥的基本周期是0.77秒,这是相对较小。这段时间基本上改变了前5的模式。的累积参与质量第一次超过90%的67年模式X和Y方向,但没有超过90%Z方向,直到第105模式。三维分布的累积参与率的第一个110年模式如图11。

5.4。时间的历史转换响应谱

考虑到时间历史分析结果低于反应谱的结果,以更好地反映地震对桥梁结构的影响(31日]。本研究利用Midas民用软件将三维地震波在53 ybx Ms6.4地震反应谱,以下简称反应谱转换,然后把转换响应谱的位移和内力反应谱在E1和E2在公路桥梁的抗震设计要求32]。

地区的抗震设防烈度地震位于(Yangbi彝族自治县、云南省)八世,Ci值0.5和1.7,分别在地震下的重要性因素E1和E2、分区特征周期是0.45秒,PGA 0.2 g,桥式B类,阻尼比为0.05,根据规范和其他有关参数选择对公路桥梁的抗震设计(2020)。响应光谱安装(图12)。

使用民用软件Midas,码头的最大弯矩和位移下桥的顶部和底部E1和E2阶段解决根据规范公路桥梁的抗震设计和结果与计算结果相比,基于历史地震波反应谱转换的时间(表4和5)。结果表明,地震对桥墩的位移影响不大,这是比在E1和E2阶段小得多。顶部的最大弯矩产生的桥墩E1设计弯矩超过了5.5%,低于53.1% E2设计弯矩。底部的最大弯矩产生的码头超过E1设计弯矩58.2%和超过11.2%的E2设计弯矩,表明地震对桥墩底部的影响更大,桥墩底部可能已进入塑性阶段。具体验算需要进一步调查的边界约束和码头加固设计。

6。结论

获得的地面运动记录Yangbi,云南省,2021年5月21日被过滤和其他常规处理加工。地面运动信号的时频分析是利用小波、小波包,和加速度反应谱。建立了一个模型来分析一个典型的连续梁箱梁桥的地震反应,它提供了重要的参考材料地面运动特征的调查和工程地震损害中国西南部。可以得出以下结论:(1)的最大PGA Ms6.4地震发生在车站53 ybx。低频信号能量强,能量主要集中在0-15 Hz范围内。(2)震中距的增加,能量谱的特征频率带宽变得更窄,占主导地位的能量更集中在低频带,和高频能量减少。(3)Sa值附近的地震是相对较大的起源。级地震的增加,股价峰值上升和长周期分量越来越重要;现场条件往往产生重大影响场地面运动和土壤造成了更明显的放大效应比基岩地面的加速度响应。(4)这次地震对桥墩位移没有影响,这是远远低于E1和E2的设计反应谱阶段。顶部的最大弯矩产生的码头小于E2设计弯矩和最大弯矩产生的底部的码头设计弯矩大于E2,表明地震对桥墩底部的影响更大,和码头的底部可能进入塑性阶段。

数据可用性

数据为本研究提供的工程力学研究所、中国地震局。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由科学的抗震能力,中国地震局(XH20058Y),和“棋智”人才支持项目的兰州理工学院(批准号2020 qz-05)。