地震作用下结构反应的分析方法.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．03．012地震作用下结构反应的分析方法李谦1，安占义2，张丽娜3(1．陕西省建筑设计研究院有限责任公司，陕西西安710000；2．陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安710000；3．陕西恒天置业集团有限公司，陕西西安710000)摘要：地震是一种极具破坏力的自然灾害，为减少地震带来的各种损失，人类不断地研究结构体系在地震作用下的反应。本文介绍了几种地震作用下结构反应的分析方法，论述了这些方法的基本概念、计算公式、适用范围及其优缺点，着重阐述了增量动力分析方法的

2、基本原理及分析步骤，指出增量动力分析方法是一种可靠、有效的分析方法。关键词：地震分析方法；静力法；反应谱方法；增量动力务精中图分类号：TU352．1文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)03—0023—02O前言地震是一种破坏性极大的突发性自然灾害，一次地震往往会造成极大的人员伤亡、经济损失和社会影响。20世纪初期，人类开始着手研究结构体系在地震作用下的反应。近百年来，结构反应分析理论和抗震设计方法得到了不断发展和完善，总结起来，结构地震反应分析方法经历了从静力法到反应谱法再到动力的时程分析方法这三个阶段一J。1

3、静力法静力理论最初是由意大利学者提出，而后在Et本学者的努力下不断得到完善，是人类研究地震作用下结构反应的最初分析方法。此方法将结构体系视为绝对刚体，其上任意一点的绝对加速度都等于地面加速度，即地震动加速度，结构上各部位单位质量所受到的地震作用是相等的，因此，结构所受到的惯性力F与所受到的最大基底剪力相等，可采用如下公式计算：F=aG／g=kG(1)式中，口为地震动最大水平加速度；G为结构重量与部分有质量的活荷载之和；g为重力加速度；

4、

5、}为地震系数，一般情况下可取0．1。静力理论概念简单，便于实际应用，但存在很大的缺陷。此理论

6、从实际地震震害角度出发得出，评估刚性结构的地震作用偏差不大，然而，其未考虑结构体系自身动力特性对地震反应的影响，是一种过时的分析方法拉J。2反应谱方法反应谱理论是指结构体系可视为多自由度体系，多自由度体系的地震反应可以按照振型分解为多个单自由度体系反应的组合，而分解后的单自由度体系的最大反应可以通过作者简介：李谦(1984一)，男，河北安平人，助工，研究方向：主要从事结构工程设计。反应谱来得到。反应谱理论中单质点体系受到的最大地震基底剪力表示为：F=阳(T)·G=a(T)·G(2)式中，k为地震系数；JB(r)为动力系数；G为结

7、构自重；d(T)为地震影响系数。反应谱理论是各国现行结构设计抗震规范采用的主要抗震设计方法，虽然考虑了结构动力特性的影响，但仍存在诸多不足。例如，反应谱理论未能很好的体现出结构体系在地震持续过程中响应的变化过程；反应谱理论不能准确的分析结构体系在强震作用下的非线性响应情况；对于长周期结构，如超高层和超大跨结构，地面运动的位移是地震反应大小的决定因素，因此如何处理此情况有待研究。3动力时程分析方法时程分析将地震动视为一个时间历程，同时兼顾了地震动的振幅、频谱和持时这三个要素，是目前最为准确的分析方法。时程分析方法中结构的弹塑性运动

8、平衡微分方程为：Mii(f)+Cu(t)+F(u(t))=一Mlu，(t)(3)式中，M、C、K分别为结构体系的质量、阻尼和弹性刚度矩阵；，为单位矩阵，u(t)、Ⅱ(t)、Ⅱ(t)分别结构体系在t时刻的加速度、速度、位移。时程分析可以反映出结构在地震作用下从弹性阶段到塑性阶段逐步开裂、损伤，直至倒塌的动力响应全过程，是较为可靠的抗震分析方法。但此方法还涉及几个难题，如，地震波的选取，结构分析选用地震波的不同往往会造成较大计算结果的偏差；如何如实的模拟结构构件内力一变形非线性特征。因此，时程反应分析方法还不能广泛应用于工程实践中。

9、4增量动力分析随着研究者对结构性能的进一步了解，人们逐渐认识到在结构设计中除注重结构安全外，还应充分考虑结构性能及经济等诸多因素，正是在这种背景下，基于性能的抗震设计思想被提出，并被认为是未来抗震设计的主要发展方向。基于性能地震工程中，针对不同的结构、不同的设防水准，制定相应的性能指标，通过设计，使结构在不同地震水准作用下的响应能满足预期的抗震性能指标，从而实现对结构地震损伤的控制。然而，在达到这些目标之前，最基础性的工作就是需要一个强有力的分析方法，能对结构模型进行精确的分析，准确地评估出结构在任何地震激励水平下的需求分布，尤

10、其是能够预测出结构超越某一极限状态的年平均概率。时程分析虽然可以得到结构在地震激励下的响应值，但不能反映出结构在不同地震强度水平下的持续反应过程，而增量动力分析是以时程分析方法为基础，是近些年来发展起来用于全面评估地震动作用下结构性能的一种参数化分析方法。IDA