地震反应分析

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1、结构地震反应分析结构地震反应分析的主要工作是首先将结构简化成力学分析模型，然后输入地震作用，计算模拟结构的反应行为，包括内力和变形反应时程或最大值。其目的是为结构抗震设计提供必要的数据资料；或为抗震安全鉴定和拟定抗震加固方案提供参考依据；或为研究结构破坏机理提供基本手段，从而改善设计，提高结构的抗震性能。结构地震反应取决于地震动输入特性和结构特性。随着人们对地震动特性和结构特性的了解越来越多，特别是技术手段越来越先进，结构地震反应分析方法也跟着有了飞跃的发展。结构抗震分析方法的发展大体上可分为三个

2、阶段，即静力法.拟静力法（通常指反应谱方法）和动力法阶段。静力法是20世纪初首先在日本发展起来的。该方法将结构物看max成是刚体，并刚接于地面。这样，结构在最大水平加速度绝对值为°的地面运动激励下，受到的最大水平作用力P（即最大惯性力）为P=—Alllax=kwg其中，w是结构物的重量，k是地面最大水平加速度绝对值九般与重力加速度g之比，称为地震系数。在当时人们对地面运动的频谱和卓越周期的了解还不够多，以及房屋多为低层建筑的情况下，应用上述地震荷载计算公式于抗震设计还是可以的。但是，随着地震资料的

3、积累和城市与工业建设的发展，使人们认识到作为静力法基础的刚性结构假定已明显地远离实际情况，于是考虑结构物的弹性性质、阻尼性质及相应动力特性的反应谱方法便发展起来了。反应谱方法出现在20世纪40年代。美国的一些学者在取得了一部分强震地面运动记录之后，考虑地震动特性与结构动力特性共同对结构地震反应产生决定性影响的这一事实，提出了反应谱概念和相应的设计计算方法。这一方法有动力法的内容，却具静力法的形式，故可称之为拟静力法。该方法对结构地震反应分析产生巨大影响，至今仍是结构抗震设计的主要计算方法。尽管反应

4、谱方法取得的进步是实质性的，但它的应用还是受到一些限制，如原则上只能用于线性结构体系；不能真实反映复杂结构体系的动力放大作用。因此，随着重大工程的不断兴建和计算机技术的飞速发展，20世纪70年代，结构地震时程反应分析得到全面发展。相对于反应谱方法而言，时程反应分析是一种动力分析方法，它求取的不是结构的某种最大反应或其近似估计，而是结构在地震激励下的反应时间历程，即地震与结构相互作用的过程，其结果更为可靠。另外，时程反应分析可以真正处理非线性问题，这是结构地震反应分析一个非常重要的方面。随计算机和有

5、限元技术的发展，结构分析模型也经历了一个由极其简化到相对较少简化的过程。以前大家熟悉的一些简化分析模型,如剪切模型，考虑梁变形作用的D值法以及框架剪力墙协同工作体系模型等，在当前的研究与设计中已很少使用，取而代之的是三维空间有限元分析模型。目前，各种大型有限元程序为结构地震反应分析提供了强有力的工具。应用这些程序，结构弹性地震反应分析已不存在问题，无论多么复杂的结构体系，只要计算模型简化的合理都能得到满足一定工程精度要求的结果。结构弹塑性地震反应性态极其复杂，尽管经科研人员数十年的努力，发展了一些

6、分析方法，但仅较规则的结构二维弹塑性分析可以取得基本令人满意结果，量大面广的复杂结构的分析方法至今未能很好解决，它是今后有关科研人员需要重点解决的课题。弹塑性地震反应可以分为静力弹塑性反应分析和动力时程反应分析。静力弹塑性地震反应分析一般指近年为满足性态抗震设计而发展的pushover分析方法，该方法的主要步骤是首先将地震荷载等效成某种分布形式的静力荷载，用静力弹塑性分析方法求得结构的基底剪力与位移关系曲线，即结构能力曲线，然后将结构等效成单自由度体系并将结构的能力曲线和地震输入谱曲线转换成相同坐

7、标格式，根据两曲线的交点确定结构位移反应。研究表明这一分析方法在分析中低层剪切型结构时，可以提供较满意的弹塑性位移反应估计结果，而分析高层结构时，则误差较大，基本不适用高层结构地震反应分析。估计结构的弹塑性地震反应行为，较准确、可靠的方法无疑是弹塑性时程反应分析方法。但目前仅二维分析方法发展的较为成熟,并在研究中得到广泛应用，问题是大部分实际需要进行弹塑性分析的结构形式均较为复杂，难以简化成合理的二维分析模型，如勉强进行二维分析模型简化，必将导致分析结果的较大误差。结构三维弹塑性地震反应分析一直是

8、结构抗震分析中有待解决的难题。主要困难是如果以构件作为单元，则构件三维受力状态下的恢复力模型难以确定；如果采用较精细的非线性有限元模型，则依然存在构件三维受力状态下的本构关系难以确定问题，且计算量也难以接受。尽管如此，有关科研人员还是在努力探索，不断提出一些新的模型和计算方法，使结构三维弹塑性地震反应分析中存在的问题逐步得到解决。结构动力反应分析结构动力分析是计算分析结构在动荷载作用下的变形和内力，校核结构是否满足指定安全要求，它是结构工程领域的重要环节。动荷载是指随时间而改变的荷