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1、PKPM軟件園地建筑結構.技術通訊2007年1月彈性、彈塑性時程分析法在結構設計中的應用楊志勇黃吉鋒（中國建筑科學研究院北京100013）0前言TAT，SATWE，PMSAP等軟件均提供了地震力放大功能。地震作用是建筑結構可能遭遇的最主要災害作用之一。SATWE地震作用放大系數見圖1，可以通過適當地放大振幾十年來，人們積累了大量的實測地震資料，這些資料多以型分解反應譜法的地震作用來滿足相應的規(guī)范要求。TAT軟位移、速度或者加速度時程的形式體現。與此相對應，時程件給出了一種折中的做法，如果設計者進行了彈性時程分分析方法也被認為是最直接的一種計算建筑結構地震響應析，則程
2、序會將彈性時程分析結果作為一種地震荷載工況進的方法。但是，由于地震作用隨機性導致計算結果的不確定行組合、設計。但是為了避免設計結果過于保守，程序會進性，彈性時程分析方法只是結構設計的一種輔助計算方法；行構件彈性時程分析內力的預組合。雖然如此，抗震規(guī)范為了增強重要結構的抗震安全性，還是（2）“采用時程分析方法時，應按建筑場地類別和設計將彈性時程分析方法規(guī)定為常遇地震作用下振型分解反應地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬譜法的一種補充計算方法；尤其是考慮了結構的彈塑性性能的加速度時程曲線”。建筑結構在不同地震波作用下的響應后，彈塑性時程分析方法更是被普遍認
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計算方法。免離散性。人工模擬地震波一般是以規(guī)范反應譜為基礎，通《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，過蒙特卡羅方法來得到，更加貼近規(guī)范反應譜或反映場地土5.5.1，5.5.2，5.5.3等條文規(guī)定了時程分析相關的內容。下的當地特征。TAT，SATWE，PMSAP，EPDA等軟件按照面結合TAT，SATWE，PMSAP和EPDA等軟件應用，探討結構的特征周期給出多組天然波和人工波，見圖2。無論是如何將彈性、彈塑性時程分析正確應用到結構設計中去。進行彈性
4、還是進行彈塑性時程分析，均要選取足夠數量的地1彈性時程分析的正確應用震波進行計算，以得到有代表意義的結果。正確地在軟件中應用彈性時程分析方法需要對規(guī)范的相關條文規(guī)定有正確的認識。以下幾點是需要特別明確的：（1）抗震規(guī)范第5.1.2條第3點規(guī)定，“可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值”。在設計過程中，如何實現“較大值”有不同的做法：1)設計采用彈性時程分析的構件內力響應包絡值的多波平均值與振型分解反應譜法計算結果二者的較大值直接進行構件設計；2)在實現振型分解反應譜方法時，放大地震力使得到的樓層響應曲線包住時程分析樓層響應曲線的平均值。圖
5、2按照特征周期區(qū)分的地震波庫（3）“多波平均地震響應系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統(tǒng)計意義上相符”。其條文說明解釋為二者在各個周期點上相差不大于20％。對于人工波來說，這一規(guī)定一般是天然滿足的，因為人工波是擬合規(guī)范反應譜得到的。對于天然波來講則較難滿足，因為規(guī)范的反應譜是依據眾多實際采集的地震動時程曲線通過平滑化后的概率平均意義上的結果。圖3所示為上述軟件地震波庫0.45s特征周期中的2條天然波的動力放大系數譜曲線，圖1SATWE地震作用放大系數可見與規(guī)范反應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件配筋較大，因為在時程分析
6、過這條規(guī)定呢？其實規(guī)范的規(guī)定從概念上講是合理的，因為頻程中，構件內力的最大響應具有不同時性，采用包絡值進行譜特征是地震波的最重要特征之一，一定程度上會影響時程設計會使得構件內力，尤其是壓彎構件內力偏于保守。因此，分析結果的合理性。一種可行的做法是判斷某條實際地震波11第一作者簡介：楊志勇，男，1974.6出生，工學博士，副研究員。響應譜的最大卓越周期是否與結構的特征周期一致，或者是凝土高規(guī)等規(guī)定了彈塑性階段變形驗算的相關內容。但規(guī)范判斷其幾個最主要卓越周期是否包含在結構特征周期之內。沒有詳細規(guī)定其具體做法，下面結合EPDA軟件應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。彈塑性動力時程分析中的常見問題。對實際結構而言，彈塑性時程分析方法既是一種公認的仿真分析方法，又是復雜和較難實現的。表現為：（1）計算工作量巨大。一、二十層的結構，通常的計圖30.45s特征周期中的2條天然波的反應譜算時間為幾個小時；三、四十層的結構，分析一條持時10s（4）“彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底以上地震波的計算時間通常在十個小時以上。雖然這種速度部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65％，多條已經使得彈塑性時程分析可以實用化了，但是對于不熟悉彈時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分塑性時程分析的多數結構
