基于随机振动框剪结构抗震侧移分析.pdf

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1、基于随机振动框剪结构抗震侧移分析马雪晴(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)摘要：采用了功率谱函数加速度模型，并取相关参数绘制了其曲线，输入到SAP有限元软件所建三维模型中．分析出模型地震各层侧移值。用等刚度框剪结构的协同工作下的侧移分析进行验证计算可知，针对节点数多，频率密集的空间结构采用随机振动法对其在地震作用下的随机反应进行分析是合适的。利用功率谱模拟计算结构可方便快捷得到结构的变形趋势。关键词：功率谱；SAP；侧移；等刚度；随机振动中图分类号：TU31文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)01—0026

2、—02．0前言随机振动是一门用概率与统计方法研究受随机载荷的机械与机构系统的稳定性、响应、识别及可靠性的技术学科。现已在结构工程、地震工程、海洋工程、车辆工程、包装工程、机械工程、航天工程、核反应堆工程等诸多领域得到了广泛应用。随机振动方法由于较充分地考虑了地震发生的统计概率特性，被日益广泛地接受为一种较为先进合理的分析工具。并已经被国外一些抗震规范采用了，例如1995年颁布的欧洲桥梁规范。由于它在实际应用中以频域分析法为主，即以功率谱密度作为分析的核心，所以又常被称为功率谱法。1结构分析1．1SAP软件模拟的理论模型地震动具有很强的随机

3、性，地震动随机模型是应用随机振动理论研究结构随机地震反应的基础。地震是地壳复杂运动所产生的现象。从结构安全性角度来说，最重要的是地表加速度波，它受场地地基条件，地震震动强度、震中距、震源深度等的影响，使其振幅、持续时间、频率成分不同。目前对于地震动随机模型的研究已取得不少进展，建立了一些能够较好反映地震动频谱特征的随机过程模型。本文选用Clough和Penzien建议修正过滤白噪声模型，给出的地面加速度功率谱密度函数为：叭^一．1．塑塑砒￡)：一。、⋯7一[1一(w／wF)2]2+4fs(w／wg)2埘．0蛳j一0)2、+蜒?m÷0电1．

4、2结构理论计算对于框架剪力墙结构的铰接体系，剪力墙之间以及剪力墙和框架之间均为无连梁联系，仅通过楼板将各榀剪力墙和框架连成整体，共同抗御水平荷载。此时结构有如下特点：(1)同一楼面处，各片剪力墙及框架的水平位移相同；(2)楼面?tt,冈ml度为o，对各平面结构不产生约束弯矩，可简化为链杆。图1结构平面图1剪力墙刚度：矾=∑％(2)式中，巩为每片墙的等效刚度。框架的抗剪刚度：C，=^∑D；(3)式中，∑D。为同层中所有柱D值之和。∑D；=口百12i,(4)口为柱侧移刚度修正系数；l。为柱的线刚度；屯为层高侧移Y(x)的基本方程为：盘dx4一

5、矗·盘dx2=龄(5)—-一一——一=‘·J-—‘I、lE。I。”。式中，A=日√最；f2音；P(x)为分布荷载。通解为Y=cl+c2f+山^增+&I

6、l蟮+)，l(f)(6)C。、c2、A、B为任意常数，可通过边界条件确定，入。(f)为为任意特解，视荷载而定。2算例分析计算一框剪结构其平面图如1，一共十层，层高均3m，各参数如表1。(下转第28页)十I—ll阜lll用情况下连梁中裂缝开展过早，过大；④加大洞口宽度；⑤增加墙厚；⑥提高混凝土强度等级；⑦设置双连梁；⑧当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑大震作用下该墙肢的连梁不参与工

7、作。按独立墙肢进行第二次结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大值设计；⑨采用型钢混凝土梁。5连梁的配筋计算及配筋要求根据《高规》在连梁设计方面，对于连梁非抗震设计，抗震设计时跨高比大于1．5及小于1．5两种情况，在截面配筋方面均有不同规定，对于跨高比不大于1．5的连梁，非抗震设计时，其纵向钢筋最小配筋率可取0．2％；抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率宜符合跨高比小于等于0．5时取0．2％和45Ⅳ旬的较大值，跨高比大于0．5小于等于1．5时，取0．25％和55Ⅳ匆的较大值，梁两侧的纵向分布钢筋(腰筋)的面积配筋率不应小于0．3％，并宜将墙

8、肢中水平钢筋拉通连续配置，以加强剪力墙的整体性。对于跨高比大于1．5的连梁配筋可按框架粱要求采用。连梁顶面底面纵向钢筋伸入墙内的锚固长度不应小于：抗震设计时Lae，非抗震设计时La，且均不小于600mm，抗震设计中，沿连梁全长箍筋的构造要求应按框架梁梁端加密区箍筋构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径应不小于6toni，间距不大于150mm。在顶层连梁伸人墙体的钢筋长度范围内，应配置间距不大于150mm构造箍筋，构造箍筋直径应与该连梁的箍筋相同，对于截面大于700mm的连梁，在梁的两侧面应设置构造腰筋，沿高度间距不应大于200t

9、oni，直径不应小于10nlnl，宜将墙面(上接第26页)表1参数裹4．44913×埘量25．13谱强度s00_0阳710一(m2／s3)0．0005L§g0．64柱截面o．5x0．5譬n0．