非一致激励下大跨框架结构的扭转响应

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1、第28卷增刊2008年9月防灾减灾工程学报JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringV01．28Suppl．Sep．2008非一致激励下大跨框架结构的扭转响应’刘锋，吕西林(同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092)摘要：以实测地震动为原始地震波。选择适应于水平向和竖向地震动的视波速和相干函数，采用条件模拟法进行空间变化地震动的模拟生成。对非一致激励下大跨度空间框架结构的扭转响应进行了研究。通过对比不同地震激励组合作用下结构

2、的位移和内力变化规律，系统考察了非一致激励下框架结构的扭转响应特点。研究表明，非一致激励将引起结构较大的扭转响应，充分考虑竖向非一致激励的三向输入是控制结构扭转响应的最不利工况；非一致激励将引起结构较大的相对位移和基底轴力反应，但只引起结构较小的基底剪力反应，因此可能对结构的反应起显著的主导作用。关键词：非一致激励；竖向地震动；大跨结构；扭转响应中图分类号：TU352．1文献标识码：A文章编号：1672·2132(2008)增刊一0047—050引言地震地面运动是一个复杂的时间一空间过程，地震波

3、在传播过程中呈现的行波效应、相干效应和局部场地效应，使其传递到地表各点的地面震动存在很大差异。非一致地震输入作用下，大跨结构的动力响应特征与一致输入下存在较大差别的现象，已引起国内外学者的广泛注意，并逐渐被加以深入研究‘¨。空间变化地震动会引起对称结构体系扭转响应的现象，已经引起国内外学者的关注和系统研究【2-5]。值得注意的是，已有的研究主要集中于水平向非一致激励的模拟生成和扭转响应问题，而充分考虑竖向非一致激励的研究却鲜有报道。此现象可以归因于已有的研究通常假定竖向激励幅值远小于水平向激励，

4、且只对结构响应产生很小的影响，因而被忽略或被简单地考虑。然而，最近丰富的震害观测和基于实测地震记录的研究报道却认为竖向激励可能对结构的响应起控制作用，需要在结构分析中予以重视。通常认为，在地震波传播过程中，P波分量引起竖向激励，而SV波引起水平激励，两者的传播机制和传播速度均存在差异；并且，水平向和竖向地震动分别富含低频和高频分量，其反应谱形状也存在较大区别。过去的研究认为，竖向与水平向激励的加速度反应谱峰值的比率(y／日)通常取为2／3，就可以大致安全地考虑竖向激励的影响。然而，最新的研究报道

5、却指出，z／3标准有失准确，其通常是震中距和周期的函数，此限值会过高或者过低地估计竖向地震动的影响。鉴于此，由以往对水平向非一致激励研究所得出的结论来概括考虑竖向激励下结构的响应有失准确，竖向非一致激励对结构的扭转响应有何影响已成为当前急需解决的问题，而这正是本文研究的目的所在。为此，首先选取实测天然地震动作为源波，采用条件模拟方法进行非一致激励的模拟生成，得到各具自身特点的水平和竖向地震动；然后细致对比各种激励组合作用下空间框架结构的地震反应特点，从而考察非一致激励下结构的扭转响应。1计算模型

6、选择考虑到结构形式具有一般性，本文选取大跨空间框架结构为研究对象进行地震动模拟生成和数值计算分析。如图1所示，框架结构跨度为L，层高为Ⅳ。为充分考虑行波效应和相干效应对结构地震反应的影响，本文分析中取L一30m，H=12m进行计算。·收稿日期：2008—05—30；修回日期：2008—08—18基金项目：国家自然科学基金项目(50621062)、上海市科委重点科技项目(052112011)资助作者简介：刘锋(1977一)。男，博士研究生。主要从事工程抗震方面的研究。Email：tjfliu@ya

7、hoo．tom．cn48防灾减灾工程学报第28卷_●毫_-七ZJf～j柚跫一七qA．rBl，Lx．rCDlr一I一’I一·I·l一厶I，卜·一工一一·。一．·一川一I．一工一I一_1’_一一-图l多层框架结构模型示意表1原始地震波的选取地震动日期记录台震中距／kmx向加速度峰值／gY向加速度峰值／gZ向加速度峰值／gImperialValley1979—10—15E1CentroArray4．22非一致地震动的模拟生成2．1原始地震动的选取选择如表1所示的地震动作为A支座处地震动输入，此地震动震

8、级6．9级，时间间隔0．005s，共7800个数据点，持时39s，其加速度时程如图2所示。0．60．3=0．0q-0．3--0．60叫{0-o—005101520253035f／s图2ElCentro原始地震动加速度时程曲线2．2相干函数的选择近二十年来，国内外学者基于越来越多的实测地震动记录，提出了诸多相干模型。本文分析选取Harichandran和Vanmarcke提出的相干函数模型‘6]进行水平向地震动的模拟，此模型由台湾地区差动台记录的地震动数据统计分析所得：Ig。(叫，z)I=Aexp