竖向地震对框架结构水平抗震性能的影响

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1、606以科学发展观促进科技创新(中)2004．27(4)：249～2544AV．海尔．G．P．兰迪斯，RE．扎特曼关于密西西比型矿床成因问题的同位素证据的一个评论·EconomicalGeology，1973．69(6)5SveuenskvDA．TheoriginofaMVTintheViburnumTrend，southeastMissouri-Econ·Geol·，1981，76：1848～18726HoaglandA．D．阿巴拉契亚锌铅矿床．宋学信译．见：KH鸟尔夫编．层控矿床和层状矿床·北京：地质

2、出版社．1980，6：375～405作者简介燕长海，理学博士，教授级高级工程师，主要从事地质科研及矿产勘查工作。竖向地震对框架结构水平抗震性能的影响杨梅兰阿肯江·托呼提新疆大学建筑工程学院，鸟鲁木齐，830008摘要文中用弹塑性时程分析方法先对结构输入竖向地震波，然后再输入水平地震波，进行结构的求解。动力计算模型采用的是弯剪型串联多质点系。其中计算模型的底端是固定端。竖向和水平地震波从模型底端输入，构件厦结构的滞回曲线采用分段线性化的退化三线性模型。文中主要选用了三种Ⅱ类场地的地震波(竖向乖水平同时选用)

3、，即EL—CENTRO波、天津医院波和TAFT波，用动力弹塑性分析程序对8层和12层的框架结构进行了抗震分析。关键词水平地震作用竖向地震作用框架结构抗震性能概述抗震设计的传统观点认为水平地震力对结构破坏起着决定性作用，竖向地震力微不足道。现有抗震规范也基本都认为竖向地震对结构物的影响一般小于水平地震力，甚至在很多情况下不考虑竖向地震。有专家早在若干年前就注意到竖向地震力的重要作用，在对若干震害现象进行分析后得出结论：“水平地震力对结构破坏起决定性作用的传统观点是错误的，实际是竖向地震力起主要作用。”十多年

4、来我国发生的多次大地震，很多调查者在调查报告中都列举了不少从直观上就能看出是竖向地震力引起的震害．指出很多用水平地震力无法解释的震害。神户地震中，很多框架的钢筋混凝土柱子混凝土破碎掉落，钢筋呈灯笼状破坏，但仍保持原竖向位置，高架桥桥墩中部膨胀、座曲，也仍能直立于竖向原位，这种现象只有用竖向地震力起主要作用来解释才比较合理。在第12届世界地震工程会议上提出了不少关于地震动的垂直分量与结构的水平分量的关系，一般认为、比值a。／‰的平均值在112～213之间。论文集中的不少文章对这个比值提出了疑问。Yousef

5、等人分析了发生在1975～1995年间44个地震的2800多个峰值加速度和33个地震动的1300多个反应谱，发现avJa。的值与场地的卓越周期、场地土条件和震源距有很大的关系，与震级和断裂带类型的关系不明显。a。／a。的最大值在场地卓越周期为0．1s时达到1．5，在场地卓越周期为O．3--2．Os时，a。／“笫48分会场学术沙龙——以科学发展观推动科技的创新607的值为05或更小一些；而对卓越周期较长的场地土，a。／a。的最大值可达到0．7。作者认为。规范规定11V／叫。=213对于短周期场地土是偏于不安

6、全的，而对于长周期的情况则偏于保守。Masaru等研究了五层三跨R．c．抗震框架分别在水平地震力作用、竖向地震力作用、水平地震力和竖向地震力同时作用下的抗震性能。分析认为：对于选定的结构，框架柱在只有竖向地震力作用达到14909a1时才出现拉应力，而在只有水平地震力作用下，当PGA达到4249al时就出现屈服现象，在水平地震力和竖向地震力同时作用时，竖向地震力只对柱的轴力有较大的影响。而Shinji分析了钢框架在竖向地震力作用下的反应后认为，竖向地震力对结构水平反应有较大的影响，影响程度与结构竖向振动周期

7、与水平振动周期之比Tv／Tn有关。这说明，竖向地震力对结构的影响还需要进一步研究。一、结构的动力分析方法1．结构的动力方程“强柱弱梁”的框架结构，即横梁与柱的刚度比很小的框架结构，它的变形包含有弯曲和剪切两种成分。采用弯剪型层模型(图1)可以更确切地反映它们振动的特点，而且是在竖向和水平地震共同作用下。结构的动力方程如下：其中图1[M]{xt+[c]一{x}+([K]一十[K]。){x}=一[M]{E}x。[M]tzt+[C]v{zt=-[M]lE}五[M]——质点系的质量矩阵．一般采用对角阵，NI[M]

8、=d／ag[m．，。：，。．，。。][C]n——质点系的水平震动阻尼矩阵；[K]。——质点系的抗推刚度矩阵；[K]c——质点系的几何刚度矩阵，其中轴向力包含竖向地震的影响，即F^Ⅳj=≠(互一互一，)一m．g式中的L，是第i杆单元的长度，EA．是第i杆单元的轴向刚度。{Xf——质点系的质点水平相对位移向量；{E}——单位列向量}E}={1，1，1．1，⋯}’：X。——水平地震加速度：(1a)(1b)(2)Lj以科学发展观促进科