大連某工程的塑性動(dòng)力時(shí)程分析

摘要：本文以大連某鋼結(jié)構(gòu)高層框架為實(shí)例，對(duì)設(shè)計(jì)工程師不常用到的結(jié)構(gòu)在塑性階段的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行描述、分析，主要介紹塑形動(dòng)力時(shí)程分析的過(guò)程與方法。

關(guān)鍵詞：塑性動(dòng)力時(shí)程分析；epda；時(shí)程波選擇

結(jié)構(gòu)罕遇地震下的塑性分析的目的是

1、進(jìn)行大震下的彈塑性變形驗(yàn)算（主要為層間位移角），確保結(jié)構(gòu)大震不倒。

2、了解結(jié)構(gòu)在地震作用下構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸的位置和次序；判斷薄弱層位置；從而有針對(duì)性地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)、調(diào)整以及采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。

本工程為大連市某鋼結(jié)構(gòu)高層框架，總建筑面積為3580.68m，建筑層數(shù)：地下二層，地上七層，建筑高度為28.65米，二類(lèi)高層民用建筑，結(jié)構(gòu)主體為鋼結(jié)構(gòu)。以下主要介紹本工程塑性時(shí)程分析的過(guò)程。

一、時(shí)程波的選擇

時(shí)程波的選擇是時(shí)程分析中最重要的步驟。

采用時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)時(shí)，《高鋼》中規(guī)定輸入地震波的選擇應(yīng)符合下列要求：

采用不少于四條能反映當(dāng)?shù)貓?chǎng)地特性的地震加速度波，其中宜包括一條本地區(qū)歷史上發(fā)生地震時(shí)的實(shí)測(cè)記錄波?

鑒于目前我國(guó)的條件，不可能都具備當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)震記錄，經(jīng)常用 E1 Centre ? Taft 或其他一些容易找到數(shù)據(jù)的波形，這些波有時(shí)與當(dāng)?shù)貤l件并不吻合?因此，提出至少用四條波，并應(yīng)盡可能包括本地區(qū)的強(qiáng)震記錄，如無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)找與建筑物場(chǎng)地地質(zhì)條件類(lèi)似地區(qū)的強(qiáng)震記錄，或采用根據(jù)當(dāng)?shù)氐卣鹞ｋU(xiǎn)性分析獲得的人工模擬地震波，使地震波的頻譜特性能反映當(dāng)?shù)貓?chǎng)地土性質(zhì)。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.1.2條規(guī)定采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其中實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的2/3，多組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，其時(shí)程加速度的最大值可按表1.1采用?

彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%?該規(guī)定一定程度上避免了不同地震波計(jì)算結(jié)果離散性較大所帶來(lái)的問(wèn)題，保證了分析的有效性，在執(zhí)行該條文時(shí)，設(shè)計(jì)人員不能單純的放大地震波的峰值加速度，這樣其實(shí)是放大了結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度，這是沒(méi)有根據(jù)的，可行的做法是在相鄰特征周期的地震波庫(kù)中選取，例如在 0.35S 特征周期地震波庫(kù)中無(wú)法得到足夠數(shù)量的地震波，那么可以從 0.30S 或 0.40S 的庫(kù)中進(jìn)行相應(yīng)的選擇，因?yàn)槠涞卣鸩ǖ念l譜特征是接近的，這比簡(jiǎn)單地放大地震波的峰值加速度要更有根據(jù)。[3]

建議在進(jìn)行罕遇地震下彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析前，首先使用彈性時(shí)程分析方法，通過(guò)上述的振型分解反應(yīng)譜法基底剪力的值，要求來(lái)確定下一步彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析的地震波，避免地震波選取的隨意性。這種做法雖然從理論上仍然值得探討，但是在現(xiàn)階段應(yīng)該是一種比較可靠的工程實(shí)用化方法。[4][5]

計(jì)算時(shí)需要設(shè)定地震加速度的持續(xù)時(shí)間，《抗規(guī)》中建議地震加速度的持續(xù)時(shí)間一般為結(jié)構(gòu)基本周期的 5 ～10 倍，《高鋼》中要求地震波的持續(xù)時(shí)間不宜過(guò)短，宜取10～20s或更長(zhǎng)，現(xiàn)行《高鋼》仍為舊規(guī)范，新規(guī)范也有可能會(huì)與《抗規(guī)》協(xié)調(diào)統(tǒng)一，目前階段如是計(jì)算高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，建議以《高鋼》為準(zhǔn)。

當(dāng)按照規(guī)范需要考慮雙向地震作用或計(jì)算豎向地震作用時(shí)，彈性時(shí)程分析同樣需要考慮多向地震作用方法是改變地震波的次方向和豎向峰值加速度，主、次方向與豎向的加速度峰值的比值一般是 1：0.85：0.65，但本工程僅為輔助罕遇地震下的選波，為了加快運(yùn)行速度，故加速度峰值的比值為1：0：0，次分量和豎向分量的加速度峰值置零，則退化為單向地震分析。

根據(jù)本工程場(chǎng)地類(lèi)別，特征周期0.35s，取0.35s下的時(shí)程波來(lái)進(jìn)行試算，人工波RH1TG035，RH4TG035能夠滿足規(guī)范要求，天然時(shí)程波僅TH4TG035能夠符合規(guī)范要求，其他天然波產(chǎn)生的地震力均不到振型分解法的地震力的65%，均值也不到80%。故在特征周期0.4s的波庫(kù)中選擇合適的波形，經(jīng)過(guò)試算，TH2TG04能夠符合規(guī)范要求。

二 結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析

罕遇地震下的分析軟件使用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序EPDA（2010版）進(jìn)行彈塑性階段的結(jié)構(gòu)分析。

對(duì)結(jié)構(gòu)用四條地震波進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析的結(jié)果如下，

對(duì)延性比的計(jì)算由于程序不能直接給出，所以需要間接的計(jì)算，《高鋼》中給出了延性比的定義為層間最大允許位移與其彈性位移之比，即層間的彈塑性階段計(jì)算的極限位移與結(jié)構(gòu)開(kāi)始屈服時(shí)的臨界位移之比，極限位移現(xiàn)在已由塑性階段的時(shí)程分析得到，而結(jié)構(gòu)開(kāi)始屈服時(shí)的臨界位移可由靜力推覆法得到。

通過(guò)對(duì)本工程的塑形時(shí)程分析，希望對(duì)工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中起到借鑒和參考的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 99-98）[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1998

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2001）[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]楊志勇 黃吉鋒 彈性、彈塑性時(shí)程分析法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]

[4]楊志勇，黃吉鋒，邵弘 彈性與彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法中若干問(wèn)題探討[J]

[5]黃吉鋒 彈塑性分析軟件PUSH和EPDA講稿[R]

[6]楊志勇 關(guān)于EPDA 講稿[R]

[7]楊志勇，白文軒，趙曼旭，任智杰，EPDA 軟件中隔震、減震裝置的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]