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1、第26卷第19期甘肃科技Vol.26No.192010年10月GansuScienceandTechnologyOct.2010弹性动力时程分析的理解和应用程浩(天水市建筑勘察设计院,甘肃天水741000)摘要:正确理解和应用弹性动力时程分析方法是深入了解复杂高层建筑结构抗震性能的重要手段,能有效、合理的掌握复杂高层建筑结构的受力特点,为复杂结构设计提供准确的分析应用和判断。关键词:弹性动力时程分析;复杂高层结构设计;抗震性能中图分类号:TU973.17随着城市复杂高层建筑越来越多,结构设计的于不安全现象,所以要附加多条实际或人造地震波难度也随之增加。
2、这就是要求结构设计人员充分了的弹性动力时程分析方法进一步保证结构的安全。解和掌握复杂高层建筑结构的受力特点,运用好弹弹性动力时程分析方法解决的基本问题如下公性动力时程分析方法,才能做好复杂高层建筑结构式(1)所示:的抗震设计。与之相比,则会使弹性动力时程分析[M]{ü}+[C]{u}+[k]{u}=-[M]{ü}流于形式,起不到应用的作用。从基本理论、规范规式中:[M]———为结构的质量矩阵;定和实际操作应用等方面作一探讨。[C]———为结构的阻尼矩阵;[k]———为结构的刚度矩阵;1弹性动力时程分析方法的基本原理{ü}、{u}、{u}———分别为结构
3、的加速度、速现阶段高层建筑结构抗震设计方法有二种:一度和位移向量;种是振型分解的反应普法。且该方法是主流设计方{ü}———输入的地震波加速度向量。法。简单地说就是首先进行结构的模态分析,得到求解=阶常微分方程一般有两种常用算法:振足够数量的结构振型和频率,该过程就是将结构模型叠加法和直接积分法。振型叠加时分析方法与前型空间内解耦为多个“独立”的单自由度体系,每个面提到的振型分解反应谱方法是不同的,但同样要振型对应一个单自由度体系,这样就可以运用规范首先通过模态分析得到足够数量的振型的频率,二规定的反应谱得到各个振型(单自由度体系)所对者的区别是在各个正
4、交振型下解耦后,振型分解反应的地震力。然后将各个振型所对应的地震响应通应谱方法是利用规范反应谱直接得到等效静力地震过CQC方法进行振型组合得到结构最终的地震响作用,而振型叠加时程方法是得到了n(振型数)个应。规范的反应谱是多条(甚至几百条以上)地震相互独立的单自由度体系二阶运动微分方法,并全波所对应的反应谱通过概率平均化和平滑后所得,利用Duhamel积分等方法得到各个振型所对应的单虽然可以从概率意义上保证振型分解反应普法的一自由度体系在某条地震波作用下的广义位移响应,般性,但如果单独拿出几条地震波的反应谱与规范再利用各个振型所对应的振型向量累加为结构
5、最终反应谱比较,单波响应与规范反应谱方法计算结果的时程响应结果。直接积公时程分析是利用Wilson比较均会有一定的差别。对于特殊情况,单波响应-Q或Newmark-B等方法直接要求解公式(1)的还可能偏大,即振型分解反应谱方法并不保守,单条二阶运动微分方程,得到结构响应。弹性动力时程地震波的反应谱与规范反应谱的差别还是很大的。分析一般采用振型叠加法计算,原因是计算效率更另一方面还要理解CQC振型组合方法是将地震作高,当振型数选取足够的精度也可以保证。用看作平稳随机过程得到的振型组合方法,该方法2对弹性动力时程分析方法规范规定的正同样是一种概率保证法。由
6、于以上两方面的原因,振型分解反应谱法可以保证大多数结构的地震响应确理解计算足够保守,或者说从概率意义上能够保证,但对《建筑抗震设计规范》(以下简称“抗规”)于一些特殊情况,如复杂高层结构则可能会出现偏(GB50011-2001)和《高层建筑混凝土结构技术规144甘肃科技第26卷程》(以下简称“高规”)(JGJ3-2002)等规范均将弹时程曲线所得结构底部剪力不应小于振型分解反应性动力时程分析定位为补充的弹性阶段变形验算方谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构法。所谓“补充的”是相对于振型分解反应谱方法底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算
7、而言,补充其不足。“变形验算方法”是指通过利用结果的80%”。这一规定对地震波的合理选取十分多条地震波的弹性动力时程分析方法得到结构的楼主要,从结构响应的工程意义角度保证了弹性时程层位移或层间位移角,通过比较振型分解反应谱分析的有效性。如果从结构特征周期所对应的波库(CQC)方法与弹性动力时程分析方法所得到的这里无法选取足够数量符合这一原则的地震波,还可些位移响应来判定振型分解反应谱方法所得到结果以相邻特征周期里选取,这符合规范本意。规范没是否保守和安全。有规定“基底剪力的上限要求”,建议对所选的地震2.1何种结构应进行弹性动力时程分析波的基底剪力与反
8、应谱得到的基底剪力尽量接近,“抗规”第5.1.2条第3款和“高规”第3.3.4如果某条地震波的
