基于建筑結(jié)構(gòu)彈塑性時程的地震動記錄選取方法

楊 宇 飛

(太原富力城房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,山西 太原 030000)

基于建筑結(jié)構(gòu)彈塑性時程的地震動記錄選取方法

楊 宇 飛

(太原富力城房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,山西 太原 030000)

在具體的運行中，地震動記錄選取方式也會對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析結(jié)果產(chǎn)生直接影響。對現(xiàn)有的地震動記錄選取方式進行分析，并就不同地震動記錄選取方式進行比較，希望能夠為建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性時程分析提供更為可靠的信息。

建筑結(jié)構(gòu)，彈塑性時程，地震動記錄，選取方式

隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟水平的提升，人們對于一些基礎(chǔ)性設(shè)施的質(zhì)量要求也相對提高。尤其是在近幾年來，各種自然災(zāi)害的發(fā)生率相對較高。故而，對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能也更為重視。彈塑性時程分析是當(dāng)前預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與抗震性能評估最為準(zhǔn)確的一種數(shù)值分析方式。而在整個評估中，地震動強度、頻譜以及持時均是影響結(jié)構(gòu)彈塑性地震響應(yīng)的三個主要因素。因此，為了更好地提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須要就其彈塑性時程進行計算與分析。近年來，自然災(zāi)害的發(fā)生頻率不斷上升，其中以地震給社會帶來的損害最大。為了盡可能降低該種自然災(zāi)害帶來的影響，不少城市在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行改良，以期望能夠最大程度的提升建筑的抗震性能。彈塑性時程分析是當(dāng)前預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與抗震性能評估最為準(zhǔn)確的一種數(shù)值分析方式。該種方式對于地震動輸入的選擇十分依賴，這就使得其結(jié)果的準(zhǔn)確性，會受到地震動響應(yīng)記錄的影響。因此，必須要就當(dāng)前地震動響應(yīng)的記錄方法進行比較分析，以期望選取最佳的記錄方式，為建筑結(jié)構(gòu)彈塑性的分析提供幫助。

1 現(xiàn)有的地震動記錄選取方法

在目前，根據(jù)其分析目的的差異，不同地域的地震規(guī)范、指南與相關(guān)文獻對彈塑性的解讀以及相關(guān)的地震記錄方式都會存在差異，相對著名的有如下三種。

1.1ATC-63中的選取方法

該種方式是以臺站與地震信息的地震動記錄選取方法作為基礎(chǔ)。該種選取方法的原則有兩點：第一，必須要排除一些不必要的引入離散性。部分地區(qū)地震發(fā)生頻率較低或者震動幅度較小，根據(jù)對其震源機制的監(jiān)測獲取對應(yīng)的記錄、儀器等來對其進行記錄；第二，地震動本身具有的離散性必須要對其進行合理的保留，以便于為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供真實與合理的參考以及持時特性的限制加以規(guī)避。

1.2基于設(shè)計反應(yīng)譜的選取方法

該種方法是直接將地震動記錄反應(yīng)譜與設(shè)計反應(yīng)譜進行比較的，在該種記錄方法中，選取的地震動記錄的頻譜特性會與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計反應(yīng)譜相對接近。該方式在地震動記錄數(shù)據(jù)庫中，直接選取一些經(jīng)過調(diào)幅后其擬加速反應(yīng)譜在短周期，例如0.1 s，T2，和結(jié)構(gòu)一階自振周期附近與設(shè)計反應(yīng)譜相差較小的地震動記錄。該種記錄方法有效地打破了區(qū)域條件、震級、震中距等因素對評估結(jié)果的限制，從而使得其評估結(jié)果的準(zhǔn)確性更高。然而，該種記錄選取方法，其針對性較強，很容易忽略一些不安全的因素，從而使得其確定出來的離散性不符合實際狀況。自然，在抗震性能評估上也就會缺乏準(zhǔn)確性。

1.3基于最不利地震動的選取方法

在自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，建筑項目不斷增多的背景下，人們?yōu)榱俗畲蟪潭鹊乇ＷC社會資源的利用率以及人們生產(chǎn)與生活的安全性，必須要對一些建筑工程的抗震性能加以提升。自然，在抗震設(shè)計時，必須要以現(xiàn)有的地震記錄作為前提，同時，采用相對苛刻的地震動記錄進行結(jié)構(gòu)地震安全性能的驗算。該種驗算方式實際上選用最為復(fù)雜或者影響最大的記錄，結(jié)合其設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)進行比較，從而分析出在發(fā)生最為惡劣的地震時，該種建筑結(jié)構(gòu)是否能夠承受，或者其可能達到什么樣的后果。該種方式也就是最不利地震動選取方法。該種方法的操作如下：第一，根據(jù)地震動本身具有的特性、彈性反應(yīng)譜的強度指標(biāo)來對地震動進行記錄與排列。在整個選取的過程中，必要按照以具有指向性或者排名靠前的數(shù)據(jù)來生成地震動記錄，從而使得其整個數(shù)據(jù)庫的特性相對明顯；第二，根據(jù)相關(guān)公式，計算非線性單自由度體系在地震動輸入下的地震響應(yīng)狀況，并且從中挑選出與實際最為契合的記錄方式，能夠?qū)Φ卣痦憫?yīng)進行最佳記錄。

2 基于建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性時程的記錄選取方法

從以上描述可以看出，地震動的選取方法是根據(jù)其預(yù)期的目標(biāo)來決定的，不同的預(yù)期目標(biāo)需要以不同的地震動記錄選取方式來進行。其中，根據(jù)設(shè)計反應(yīng)譜的地震動記錄方式以及最不利地震動選取方法等均對于地震動記錄輸入下的地震響應(yīng)結(jié)果具有較強的影響。同時，傾向性明顯。不過，這兩種記錄選取方式，又存在根本性的差異。前者對于所選取的地震響應(yīng)結(jié)果離散性較弱；而后者與建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計聯(lián)系較強。地震動響應(yīng)與輸入記錄之間存在較強的聯(lián)系。這也就使得當(dāng)前基于設(shè)計反應(yīng)譜與最不利地震動的地震記錄選取方法稱為研究的重點。就目前來說，三種記錄方法的區(qū)別主要表現(xiàn)為以下幾點。

2.1彈性反應(yīng)譜比較

如果建筑結(jié)構(gòu)的周期相對較為有限，在采用PGV作為地震強度指標(biāo)進行記錄與計算的過程中，無法對地震動的實際狀況進行全面的反映，從而使得其設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)譜缺乏實用性，以至于其無法有效地降低結(jié)構(gòu)相應(yīng)的離散性，建筑的整體抗震性能缺失。

2.2結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)的比較

實際結(jié)構(gòu)的非線性行為會隨著結(jié)構(gòu)的剛度以及其模態(tài)的變化而變化，結(jié)構(gòu)的初始周期無法長時間的反映結(jié)構(gòu)彈塑性地震響應(yīng)特性。因此，在彈塑性時程分析時，采用與結(jié)構(gòu)動力特性相關(guān)的地震動記錄選取方法達到一定的目的后，就需要對結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)的相關(guān)性周期進行重新評估，以保證其與當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的模態(tài)一致，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

就目前的研究結(jié)果來看，基于設(shè)計反應(yīng)譜和基于最不利地震動的選取方法均與建筑結(jié)構(gòu)的初始周期相關(guān)，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下剛度會相對的退化，很多方式都無法達到預(yù)期的效果，從而使得其彈塑性時程分析存在缺失。而當(dāng)?shù)卣饎禹憫?yīng)指標(biāo)恰當(dāng)，且選取的方式符合臺站以及地震信息時，不會造成其建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性地震響應(yīng)的離散性，這就使得其分析的準(zhǔn)確性提升。同時，在實踐中證明，基于建筑結(jié)構(gòu)彈塑性所選取的地震動記錄方式不會因建筑結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生過大的影響，操作簡單，適用性強。這對于我國建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能檢測與提升具有十分重要的作用。

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Seismicrecordsselectingmethodsonthebasisofelasto-plastictimehistoryofthebuildingstructure

YangYufei

(TaiyuanFulichengRealEstatePropertyDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030000,China)

In the specific operation, the method of ground motion recording selection can have a direct impact on the seismic response analysis of the structure. This paper makes an analysis of the selection mode of the existing seismo-recording records, and compares the selection methods of different vibration records. It is hoped that it can provide more reliable information for the elastic-plastic time analysis of architectural structures.

building structure, elasto-plastic time path, geoseismic recording, choose way

1009-6825(2017)32-0042-02

2017-09-05

楊宇飛(1983- )，男，工程師

TU311.3

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