5.4.1 設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度時(shí)程可人工生成，其加速度反應(yīng)譜曲線與設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜曲線的誤差應(yīng)小于5％。
5.4.2 宜利用地震和場地環(huán)境相近的實(shí)際強(qiáng)震記錄作為初始時(shí)間過程，合成適合工程場地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)間過程。
5.4.3 當(dāng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)，應(yīng)采用不少于3組設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程；當(dāng)設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)間過程少于7組時(shí)，宜取時(shí)程法計(jì)算結(jié)果和反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果中的較大值；當(dāng)設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)間過程為7組及以上時(shí)，可采用計(jì)算結(jié)果的平均值。

 

條文說明
 

5.4 設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度時(shí)程

5.4.1～5.4.3 采用時(shí)程分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)，需要提供地震動(dòng)輸入時(shí)程，本規(guī)范規(guī)定可以采用人工合成方法給出地震動(dòng)時(shí)程曲線。同時(shí)考慮到應(yīng)更多地反映真實(shí)地震動(dòng)的頻譜和相位信息，還建議宜充分利用地震和場地環(huán)境相近的實(shí)際強(qiáng)震動(dòng)記錄，特別是本地的強(qiáng)震動(dòng)記錄，以震級(jí)和距離與工程場地地震環(huán)境相近的強(qiáng)震動(dòng)記錄加速度時(shí)程作為初始時(shí)程合成適合工程場地的地震動(dòng)時(shí)程，達(dá)到引入真實(shí)的地震動(dòng)相位信息的目的。我國工程實(shí)踐中，采用的地震動(dòng)人工合成方法一般假定均勻隨機(jī)分布的地震動(dòng)相位，沒有考慮與地震環(huán)境相關(guān)的非均勻分布的地震動(dòng)相位，這會(huì)在一定程度上影響人工合成的地震動(dòng)頻譜特性的合理性。為此，本規(guī)范建議利用強(qiáng)震動(dòng)記錄加速度時(shí)程作為初始時(shí)程合成適合工程場地的地震動(dòng)時(shí)程，以引入真實(shí)的地震動(dòng)相位信息，來反映真實(shí)地震動(dòng)頻譜特性，特別是相位特性，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的合理計(jì)算分析。人工合成的地震動(dòng)的加速度反應(yīng)譜曲線與設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜曲線的誤差要小于一定值，這個(gè)值一般可取5％。
    進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)時(shí)程分析時(shí)，鑒于各條地震動(dòng)輸入的結(jié)構(gòu)反應(yīng)結(jié)果有較大的差異，本節(jié)規(guī)定輸入地震動(dòng)樣本數(shù)及選用要求。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ臉颖緮?shù)量較少時(shí)，如3條，計(jì)算結(jié)果具有較大的隨機(jī)性，因此選其中的大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ臉颖緮?shù)較多時(shí)，如大于7條，計(jì)算結(jié)果具有較好的統(tǒng)計(jì)特征，因此可以取平均值進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。為了保證設(shè)計(jì)所采用地震波的統(tǒng)計(jì)特征的合理性，地震動(dòng)樣本的平均加速度反應(yīng)譜曲線與設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜曲線相比，在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20％。
    由于目前可用的強(qiáng)震動(dòng)觀測記錄并不是很豐富，特別是在我國大陸范圍內(nèi)，按照與設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜相近的要求選擇實(shí)際地震動(dòng)記錄，其實(shí)是很困難的事。為此，在選用的實(shí)際地震動(dòng)記錄時(shí)，可以選擇同一記錄的三個(gè)分量作為一組設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程，也可以選用不同記錄的單個(gè)分量組成一組設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程，但選擇的每條記錄均應(yīng)滿足在統(tǒng)計(jì)意義上相符的要求。三向同時(shí)輸入，其地震動(dòng)參數(shù)(加速度峰值或反應(yīng)譜最大值)比例取：水平主向／水平次項(xiàng)＝1.00：0.85，豎向地震參數(shù)與水平地震動(dòng)參數(shù)的關(guān)系按表5.3.1確定。
    考慮地震行波效應(yīng)和局部場地效應(yīng)時(shí)，對各獨(dú)立基礎(chǔ)或支承結(jié)構(gòu)輸入不同的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜或加速度時(shí)程進(jìn)行計(jì)算，估計(jì)可能造成的地震效應(yīng)。研究表明，地震傳播過程的行波效應(yīng)、相干效應(yīng)和局部場地效應(yīng)對于大跨空間結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)有不同程度的影響，其中，以行波效應(yīng)和場地效應(yīng)的影響較為顯著，一般情況下，可不考慮相干效應(yīng)。對于周邊支承空間結(jié)構(gòu)，行波效應(yīng)影響表現(xiàn)在對大跨屋蓋系統(tǒng)和下部支承結(jié)構(gòu)；對于兩線邊支承空間結(jié)構(gòu)，行波效應(yīng)通過支座影響到上部結(jié)構(gòu)。
    行波效應(yīng)將使不同點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)或支座處的加速度峰值不同，相位也不同，從而使不同點(diǎn)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜或加速度時(shí)程不同，計(jì)算分析應(yīng)考慮這些差異。由于地震動(dòng)是一種隨機(jī)過程，多點(diǎn)輸入時(shí)，應(yīng)考慮最不利的組合情況。行波效應(yīng)與潛在震源、傳播路徑、場地的地震地質(zhì)特性有關(guān)，當(dāng)需要進(jìn)行多點(diǎn)輸入計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)對此做專門研究。
    當(dāng)獨(dú)立基礎(chǔ)或支承結(jié)構(gòu)下臥土層地質(zhì)條件相差較大時(shí)，可采用一維或二維模型計(jì)算求得基礎(chǔ)底部的土層地震反應(yīng)譜或加速度時(shí)程或按土層等效剪切波速對基巖地震反應(yīng)譜或加速度時(shí)程進(jìn)行修正后，作為多點(diǎn)輸入的地震反應(yīng)譜或加速度時(shí)程。當(dāng)下臥土層剖面地質(zhì)條件比較均勻時(shí)，可不考慮局部場地效應(yīng)，不需要對地震反應(yīng)譜或加速度時(shí)程進(jìn)行修正。

6.1.1 城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法應(yīng)按本規(guī)范第3.3節(jié)確定；擋土墻、重力式橋臺(tái)等擋土結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的計(jì)算應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50111相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
6.1.2 抗震設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特點(diǎn)和地震反應(yīng)計(jì)算方法劃分結(jié)構(gòu)振動(dòng)單位。
6.1.3 城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面宜按下列規(guī)定確定：
    1 對擴(kuò)大基礎(chǔ)，宜以基礎(chǔ)的底面作為設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面；
    2 對低樁基礎(chǔ)，宜以承臺(tái)的底面作為設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面；對高樁基礎(chǔ)，宜以地基土表面作為設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面；表層土為可液化土層或極軟弱土層時(shí)，設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面宜取在該土層的底面；
    3 對樁基礎(chǔ)，當(dāng)考慮地震動(dòng)沿土層深度變化時(shí)，設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面宜取在樁尖位置；
    4 對埋置于地層中的隧道和地下車站結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面宜取在隧道和地下車站結(jié)構(gòu)以下剪切波速大于或等于500m／s巖土層位置。對覆蓋土層厚度小于70m的場地，設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面到結(jié)構(gòu)的距離不宜小于結(jié)構(gòu)有效高度的2倍；對覆蓋土層厚度大于70m的場地，宜取在場地覆蓋土層70m深度的土層位置。
6.1.4 結(jié)構(gòu)的建模應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 梁、柱、桿等構(gòu)件宜采用梁、桿單元進(jìn)行建模；對梁、桿單元不適用的情況，宜采用其他單元建模；
    2 結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)宜處理成為剛性域；
    3 計(jì)算所采用的本構(gòu)關(guān)系應(yīng)滿足本規(guī)范第7章的要求；
    4 支座宜簡化為約束關(guān)系或按本規(guī)范附錄A確定等效線性彈簧或非線性彈簧；
    5 對防落梁裝置進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，宜根據(jù)裝置的具體情況確定恢復(fù)力模型；
    6 當(dāng)采用彈性反應(yīng)譜方法和彈塑性反應(yīng)譜方法時(shí)，基礎(chǔ)與地基土相互作用應(yīng)按本規(guī)范附錄B規(guī)定建模；當(dāng)采用非線性時(shí)程方法時(shí)，基礎(chǔ)和地基土相互作用應(yīng)按本規(guī)范第6.4節(jié)規(guī)定建模。
6.1.5 當(dāng)豎向地震動(dòng)對結(jié)構(gòu)影響較大時(shí)，應(yīng)計(jì)入豎向地震動(dòng)作用。

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6.1 一般規(guī)定

6.1.2 本條規(guī)定了地震反應(yīng)計(jì)算時(shí)的振動(dòng)單位的選取。

    城市軌道交通結(jié)構(gòu)線路一般較長，相鄰結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)，抗震計(jì)算時(shí)整條線路整體建模一般不現(xiàn)實(shí)，所以宜根據(jù)軌道交通結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和地質(zhì)條件，劃分適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)單位。根據(jù)現(xiàn)有的研究經(jīng)驗(yàn)積累，地震反應(yīng)計(jì)算中采用的結(jié)構(gòu)模型一般可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分可稱為目標(biāo)部分，是抗震計(jì)算需要得到合理精度反應(yīng)值的部分，而另一部分是為了得到目標(biāo)部分反應(yīng)值而附加的部分。根據(jù)這一原則，振動(dòng)耦聯(lián)性強(qiáng)的部分應(yīng)劃分為一個(gè)振動(dòng)單位。
    對于高架區(qū)間結(jié)構(gòu)，一個(gè)振動(dòng)單位中包括分析關(guān)心的一個(gè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)部分，并同時(shí)考慮目標(biāo)結(jié)構(gòu)兩端部分的影響(圖1)。對連續(xù)梁橋，目標(biāo)結(jié)構(gòu)應(yīng)至少包含1聯(lián)，兩端部分分別包含至少1聯(lián)(或相鄰橋臺(tái)、車站)。對簡支梁橋，目標(biāo)結(jié)構(gòu)應(yīng)至少包含1跨，兩端部分分別包含至少1跨(或相鄰橋臺(tái)、車站)。地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化的區(qū)域，應(yīng)選取目標(biāo)聯(lián)(跨)。
    滿足彈塑性反應(yīng)譜方法適用條件的高架區(qū)間結(jié)構(gòu)一般為簡支或連續(xù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)已有的大量研究結(jié)果，可采用單墩模型作為一個(gè)振動(dòng)單位。
    地面結(jié)構(gòu)采用非線性時(shí)程法分析時(shí)，可以采用單墩或多墩模型，基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的相互作用可以采用等代彈簧或集中參數(shù)分布彈簧；等代彈簧方法適用于結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)以第一振型為主的情況。由于非線性時(shí)程分析運(yùn)算量較大，結(jié)構(gòu)與構(gòu)件非線性特性的模擬和分析結(jié)果的處理均較為復(fù)雜，因而，非線性時(shí)程法的振動(dòng)單位劃分的復(fù)雜程度，不宜超過彈性反應(yīng)譜方法。

圖1 連續(xù)梁與簡支梁橋彈性反應(yīng)譜分析振動(dòng)單位選取
1-振動(dòng)單位；2-目標(biāo)聯(lián)；3-邊聯(lián)；4-目標(biāo)跨；
5-邊跨；6-橋臺(tái)；△-固定支座；○-滑動(dòng)支座

    區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和地下車站結(jié)構(gòu)按平面問題考慮時(shí)，計(jì)算單元沿結(jié)構(gòu)縱向可取為單位長度；對于有中柱的結(jié)構(gòu)，縱向取中柱間距的長度。需要對土層建立模型時(shí)，土層的計(jì)算范圍現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為一側(cè)土層的寬度取為2倍～3倍以上的結(jié)構(gòu)寬度即可。
    區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和地下車站結(jié)構(gòu)按三維空間問題考慮時(shí)，地下車站取整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算；區(qū)間隧道由于縱向較長，因此可根據(jù)地形地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式等在縱向取出一段長度。
6.1.3 由于地震動(dòng)存在沿土層深度的變化。結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析中，以何處的地震動(dòng)作為輸入是分析工作的必要前提，因此本規(guī)范規(guī)定了設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面。
6.1.4 地震反應(yīng)分析時(shí)，采用的結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型應(yīng)真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布及邊界條件。根據(jù)現(xiàn)有的研究，對于城市軌道交通結(jié)構(gòu)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)采用梁、桿單元已可滿足要求。對于墻式墩、矮墩等構(gòu)件采用梁、桿單元誤差可能較大，可考慮采用板殼或?qū)嶓w單元。
    結(jié)構(gòu)體系建立整體模型時(shí)，支座若不考慮非線性特征的影響，比如，金屬固定支座，其變形小，簡化為簡單約束條件，已可以反映其邊界本質(zhì)，對反應(yīng)結(jié)果影響不大。但是若需要考慮支座非線性特性，如減隔震鉛芯橡膠支座，則需建立計(jì)算模型。
    若采用集中參數(shù)法模擬樁土相互作用，根據(jù)附錄式(B.1.4-3)計(jì)算樁土分離段長度時(shí)，多層土的h_s，按下列步驟計(jì)算：
    (1)按第一層土(厚度為1₁)水平基床系數(shù)K₁計(jì)算h_s1，當(dāng)h_s1≤1₁，取h_s＝h_s1；
    (2)當(dāng)h_s1＞1₁，按第二層土(厚度為l₂)的水平基床系數(shù)K₂計(jì)算h_s2，并按下式計(jì)算1＇₂：

        （1）

     當(dāng)1＇₂＜1₂，取h_s＝1₁＋1＇₂；
    (3)當(dāng)1＇₂＞1₂，按第三層土(厚度為1₃)的水平基床系數(shù)K₃計(jì)算h_s3，并按下式計(jì)算1＇₃：

         （2）

    當(dāng)1＇₃＜1₃，取h_s＝1₁＋1₂＋1＇₃；若1＇₃＞1₃，則按上述方法繼續(xù)計(jì)算。
6.1.5 一般來說，對于距離活動(dòng)斷層較近，或者結(jié)構(gòu)形式對豎向地震作用比較敏感的情況，考慮豎向地震動(dòng)后方可獲得比較合理的計(jì)算結(jié)果。對豎向地震動(dòng)比較敏感的結(jié)構(gòu)有拱式結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)等。至于距離活斷層多遠(yuǎn)豎向地震動(dòng)不能忽略，目前還很難給出定量的要求。美國AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design，LRFDSEIS-2，2011規(guī)定對于SDC D區(qū)內(nèi)的橋梁，在9.6km內(nèi)，豎向地震動(dòng)影響不能忽略。歐洲規(guī)范Euro Code 8 EN1998-2：2005 Design of structures for earthquake resistance-part 2：Bridges 則規(guī)定在5km內(nèi)要考慮豎向地震動(dòng)的影響?；诋?dāng)前的研究現(xiàn)狀，本規(guī)范僅規(guī)定了需要考慮豎向地震作用的原則。