地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的分析方法.pdf

《地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的分析方法.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．03．012地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的分析方法李謙1，安占義2，張麗娜3(1．陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西西安710000；2．陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710000；3．陜西恒天置業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西西安710000)摘要：地震是一種極具破壞力的自然災(zāi)害，為減少地震帶來的各種損失，人類不斷地研究結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的反應(yīng)。本文介紹了幾種地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的分析方法，論述了這些方法的基本概念、計(jì)算公式、適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)，著重闡述了增量動力分析方法的

2、基本原理及分析步驟，指出增量動力分析方法是一種可靠、有效的分析方法。關(guān)鍵詞：地震分析方法；靜力法；反應(yīng)譜方法；增量動力務(wù)精中圖分類號：TU352．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1672—4011(2013)03—0023—02O前言地震是一種破壞性極大的突發(fā)性自然災(zāi)害，一次地震往往會造成極大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。20世紀(jì)初期，人類開始著手研究結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的反應(yīng)。近百年來，結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析理論和抗震設(shè)計(jì)方法得到了不斷發(fā)展和完善，總結(jié)起來，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法經(jīng)歷了從靜力法到反應(yīng)譜法再到動力的時(shí)程分析方法這三個(gè)階段一J。1

3、靜力法靜力理論最初是由意大利學(xué)者提出，而后在Et本學(xué)者的努力下不斷得到完善，是人類研究地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的最初分析方法。此方法將結(jié)構(gòu)體系視為絕對剛體，其上任意一點(diǎn)的絕對加速度都等于地面加速度，即地震動加速度，結(jié)構(gòu)上各部位單位質(zhì)量所受到的地震作用是相等的，因此，結(jié)構(gòu)所受到的慣性力F與所受到的最大基底剪力相等，可采用如下公式計(jì)算：F=aG／g=kG(1)式中，口為地震動最大水平加速度；G為結(jié)構(gòu)重量與部分有質(zhì)量的活荷載之和；g為重力加速度；

4、

5、}為地震系數(shù)，一般情況下可取0．1。靜力理論概念簡單，便于實(shí)際應(yīng)用，但存在很大的缺陷。此理論

6、從實(shí)際地震震害角度出發(fā)得出，評估剛性結(jié)構(gòu)的地震作用偏差不大，然而，其未考慮結(jié)構(gòu)體系自身動力特性對地震反應(yīng)的影響，是一種過時(shí)的分析方法拉J。2反應(yīng)譜方法反應(yīng)譜理論是指結(jié)構(gòu)體系可視為多自由度體系，多自由度體系的地震反應(yīng)可以按照振型分解為多個(gè)單自由度體系反應(yīng)的組合，而分解后的單自由度體系的最大反應(yīng)可以通過作者簡介：李謙(1984一)，男，河北安平人，助工，研究方向：主要從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)。反應(yīng)譜來得到。反應(yīng)譜理論中單質(zhì)點(diǎn)體系受到的最大地震基底剪力表示為：F=陽(T)·G=a(T)·G(2)式中，k為地震系數(shù)；JB(r)為動力系數(shù)；G為結(jié)

7、構(gòu)自重；d(T)為地震影響系數(shù)。反應(yīng)譜理論是各國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震規(guī)范采用的主要抗震設(shè)計(jì)方法，雖然考慮了結(jié)構(gòu)動力特性的影響，但仍存在諸多不足。例如，反應(yīng)譜理論未能很好的體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)體系在地震持續(xù)過程中響應(yīng)的變化過程；反應(yīng)譜理論不能準(zhǔn)確的分析結(jié)構(gòu)體系在強(qiáng)震作用下的非線性響應(yīng)情況；對于長周期結(jié)構(gòu)，如超高層和超大跨結(jié)構(gòu)，地面運(yùn)動的位移是地震反應(yīng)大小的決定因素，因此如何處理此情況有待研究。3動力時(shí)程分析方法時(shí)程分析將地震動視為一個(gè)時(shí)間歷程，同時(shí)兼顧了地震動的振幅、頻譜和持時(shí)這三個(gè)要素，是目前最為準(zhǔn)確的分析方法。時(shí)程分析方法中結(jié)構(gòu)的彈塑性運(yùn)動

8、平衡微分方程為：Mii(f)+Cu(t)+F(u(t))=一Mlu，(t)(3)式中，M、C、K分別為結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量、阻尼和彈性剛度矩陣；，為單位矩陣，u(t)、Ⅱ(t)、Ⅱ(t)分別結(jié)構(gòu)體系在t時(shí)刻的加速度、速度、位移。時(shí)程分析可以反映出結(jié)構(gòu)在地震作用下從彈性階段到塑性階段逐步開裂、損傷，直至倒塌的動力響應(yīng)全過程，是較為可靠的抗震分析方法。但此方法還涉及幾個(gè)難題，如，地震波的選取，結(jié)構(gòu)分析選用地震波的不同往往會造成較大計(jì)算結(jié)果的偏差；如何如實(shí)的模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力一變形非線性特征。因此，時(shí)程反應(yīng)分析方法還不能廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中。

9、4增量動力分析隨著研究者對結(jié)構(gòu)性能的進(jìn)一步了解，人們逐漸認(rèn)識到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除注重結(jié)構(gòu)安全外，還應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)性能及經(jīng)濟(jì)等諸多因素，正是在這種背景下，基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想被提出，并被認(rèn)為是未來抗震設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向?；谛阅艿卣鸸こ讨校槍Σ煌慕Y(jié)構(gòu)、不同的設(shè)防水準(zhǔn)，制定相應(yīng)的性能指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)作用下的響應(yīng)能滿足預(yù)期的抗震性能指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)地震損傷的控制。然而，在達(dá)到這些目標(biāo)之前，最基礎(chǔ)性的工作就是需要一個(gè)強(qiáng)有力的分析方法，能對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行精確的分析，準(zhǔn)確地評估出結(jié)構(gòu)在任何地震激勵(lì)水平下的需求分布，尤

10、其是能夠預(yù)測出結(jié)構(gòu)超越某一極限狀態(tài)的年平均概率。時(shí)程分析雖然可以得到結(jié)構(gòu)在地震激勵(lì)下的響應(yīng)值，但不能反映出結(jié)構(gòu)在不同地震強(qiáng)度水平下的持續(xù)反應(yīng)過程，而增量動力分析是以時(shí)程分析方法為基礎(chǔ)，是近些年來發(fā)展起來用于全面評估地震動作用下結(jié)構(gòu)性能的一種參數(shù)化分析方法。IDA