彈性、彈塑性時(shí)程分析

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1、PKPM軟件園地建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊2007年1月彈性、彈塑性時(shí)程分析法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用楊志勇黃吉鋒（中國(guó)建筑科學(xué)研究院北京100013）0前言TAT，SATWE，PMSAP等軟件均提供了地震力放大功能。地震作用是建筑結(jié)構(gòu)可能遭遇的最主要災(zāi)害作用之一。SATWE地震作用放大系數(shù)見(jiàn)圖1，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)胤糯笳駧资陙?lái)，人們積累了大量的實(shí)測(cè)地震資料，這些資料多以型分解反應(yīng)譜法的地震作用來(lái)滿(mǎn)足相應(yīng)的規(guī)范要求。TAT軟位移、速度或者加速度時(shí)程的形式體現(xiàn)。與此相對(duì)應(yīng)，時(shí)程件給出了一種折中的做法，如果設(shè)計(jì)者進(jìn)行了彈性時(shí)程分分析方法也被認(rèn)為是最直接的一種計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)析，則程

2、序會(huì)將彈性時(shí)程分析結(jié)果作為一種地震荷載工況進(jìn)的方法。但是，由于地震作用隨機(jī)性導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不確定行組合、設(shè)計(jì)。但是為了避免設(shè)計(jì)結(jié)果過(guò)于保守，程序會(huì)進(jìn)性，彈性時(shí)程分析方法只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種輔助計(jì)算方法；行構(gòu)件彈性時(shí)程分析內(nèi)力的預(yù)組合。雖然如此，抗震規(guī)范為了增強(qiáng)重要結(jié)構(gòu)的抗震安全性，還是（2）“采用時(shí)程分析方法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)將彈性時(shí)程分析方法規(guī)定為常遇地震作用下振型分解反應(yīng)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬譜法的一種補(bǔ)充計(jì)算方法；尤其是考慮了結(jié)構(gòu)的彈塑性性能的加速度時(shí)程曲線(xiàn)”。建筑結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的響應(yīng)后，彈塑性時(shí)程分析方法更是被普遍認(rèn)

3、為是一種仿真的罕遇差別可能較大，選用多條地震波的平均值可在一定程度上避地震作用響應(yīng)計(jì)算方法。免離散性。人工模擬地震波一般是以規(guī)范反應(yīng)譜為基礎(chǔ)，通《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，過(guò)蒙特卡羅方法來(lái)得到，更加貼近規(guī)范反應(yīng)譜或反映場(chǎng)地土5.5.1，5.5.2，5.5.3等條文規(guī)定了時(shí)程分析相關(guān)的內(nèi)容。下的當(dāng)?shù)靥卣鳌AT，SATWE，PMSAP，EPDA等軟件按照面結(jié)合TAT，SATWE，PMSAP和EPDA等軟件應(yīng)用，探討結(jié)構(gòu)的特征周期給出多組天然波和人工波，見(jiàn)圖2。無(wú)論是如何將彈性、彈塑性時(shí)程分析正確應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去。進(jìn)行彈性

4、還是進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，均要選取足夠數(shù)量的地1彈性時(shí)程分析的正確應(yīng)用震波進(jìn)行計(jì)算，以得到有代表意義的結(jié)果。正確地在軟件中應(yīng)用彈性時(shí)程分析方法需要對(duì)規(guī)范的相關(guān)條文規(guī)定有正確的認(rèn)識(shí)。以下幾點(diǎn)是需要特別明確的：（1）抗震規(guī)范第5.1.2條第3點(diǎn)規(guī)定，“可取多條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值”。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)“較大值”有不同的做法：1)設(shè)計(jì)采用彈性時(shí)程分析的構(gòu)件內(nèi)力響應(yīng)包絡(luò)值的多波平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果二者的較大值直接進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)；2)在實(shí)現(xiàn)振型分解反應(yīng)譜方法時(shí)，放大地震力使得到的樓層響應(yīng)曲線(xiàn)包住時(shí)程分析樓層響應(yīng)曲線(xiàn)的平均值。圖

5、2按照特征周期區(qū)分的地震波庫(kù)（3）“多波平均地震響應(yīng)系數(shù)曲線(xiàn)應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線(xiàn)在統(tǒng)計(jì)意義上相符”。其條文說(shuō)明解釋為二者在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20％。對(duì)于人工波來(lái)說(shuō)，這一規(guī)定一般是天然滿(mǎn)足的，因?yàn)槿斯げㄊ菙M合規(guī)范反應(yīng)譜得到的。對(duì)于天然波來(lái)講則較難滿(mǎn)足，因?yàn)橐?guī)范的反應(yīng)譜是依據(jù)眾多實(shí)際采集的地震動(dòng)時(shí)程曲線(xiàn)通過(guò)平滑化后的概率平均意義上的結(jié)果。圖3所示為上述軟件地震波庫(kù)0.45s特征周期中的2條天然波的動(dòng)力放大系數(shù)譜曲線(xiàn)，圖1SATWE地震作用放大系數(shù)可見(jiàn)與規(guī)范反應(yīng)譜的差異還是明顯的。那么如何執(zhí)行規(guī)范的前一種做法可能使得構(gòu)件配筋較大，因?yàn)樵跁r(shí)程分析

6、過(guò)這條規(guī)定呢？其實(shí)規(guī)范的規(guī)定從概念上講是合理的，因?yàn)轭l程中，構(gòu)件內(nèi)力的最大響應(yīng)具有不同時(shí)性，采用包絡(luò)值進(jìn)行譜特征是地震波的最重要特征之一，一定程度上會(huì)影響時(shí)程設(shè)計(jì)會(huì)使得構(gòu)件內(nèi)力，尤其是壓彎構(gòu)件內(nèi)力偏于保守。因此，分析結(jié)果的合理性。一種可行的做法是判斷某條實(shí)際地震波11第一作者簡(jiǎn)介：楊志勇，男，1974.6出生，工學(xué)博士，副研究員。響應(yīng)譜的最大卓越周期是否與結(jié)構(gòu)的特征周期一致，或者是凝土高規(guī)等規(guī)定了彈塑性階段變形驗(yàn)算的相關(guān)內(nèi)容。但規(guī)范判斷其幾個(gè)最主要卓越周期是否包含在結(jié)構(gòu)特征周期之內(nèi)。沒(méi)有詳細(xì)規(guī)定其具體做法，下面結(jié)合EPDA軟件應(yīng)用闡述這種做法雖然是概念性的，但是一般

7、是有效的和可執(zhí)行的。彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析中的常見(jiàn)問(wèn)題。對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)而言，彈塑性時(shí)程分析方法既是一種公認(rèn)的仿真分析方法，又是復(fù)雜和較難實(shí)現(xiàn)的。表現(xiàn)為：（1）計(jì)算工作量巨大。一、二十層的結(jié)構(gòu)，通常的計(jì)圖30.45s特征周期中的2條天然波的反應(yīng)譜算時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)；三、四十層的結(jié)構(gòu)，分析一條持時(shí)10s（4）“彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底以上地震波的計(jì)算時(shí)間通常在十個(gè)小時(shí)以上。雖然這種速度部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65％，多條已經(jīng)使得彈塑性時(shí)程分析可以實(shí)用化了，但是對(duì)于不熟悉彈時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分塑性時(shí)程分析的多數(shù)結(jié)構(gòu)