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1、·工程结构·钢筋混凝土框架结构非线性时程分析原理及应用12何志泽,钟光忠(1.西南交通大学,四川成都610031;2.四川省建筑科学研究院,四川成都610081)【摘要】对现有的非线性时程分析方法进行了概述,介绍了非线性时程分析方法的理论、优点和基本方法,并运用SAP2000对一钢筋混凝土框架结构进行分析,对于非线性时程分析方法在高层和超高层分析中的推广提供了参考和借鉴。【关键词】非线性时程分析;地震波;塑性铰【中图分类号】TU311.3【文献标识码】A我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)关于特别(4)进行非线性时程分析
2、;不规则的建筑规定,甲类建筑和超过一定高度范围的高层建(5)查看分析的结果,导出所需要的数据并进行分析研究。筑,应采用时程分析法进行罕遇地震下的补充计算,可取用2恢复力特征参数和恢复力骨架曲线的选择多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设恢复力特征参数和恢复力骨架曲线的选择将直接影响计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模非线性动力时程分析的结果。一般恢复力模型主要分为拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分Romberg-osgood模型(主要用于金属
3、材料);双折线和双折解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,线退化R·W·Clough模型(主要用于混凝土材料);三折线其加速度时程的最大值可按相应规定采用。退化模型(主要用于混凝土材料)。本着简单的原则,本文选择SAP2000程序默认的恢复力模型。1非线性时程分析法的基本原理和方法3非线性时程分析法的地震记录的合理性选择及1.1基本原理本文所选地震记录结构的弹性运动微分方程可表示为:为了确保时程分析结构的可靠性,规范规定在时程分析[M]u¨+[C]u﹒+[Ke]u=-[M]Iu¨g时采用的地震波应按照以下原则:(1)相同场
4、地类型的实际式中:[M]=diag[m1,m2,m3,…,mn];I=[1,1,1…,地震记录;(2)具有代表性的强震记录;(3)人工模拟地震波。在实际时程分析中所选用的地震波的频谱特性应该尽1];u¨,u¨g分别为结构的加速度和地面运动加速度;[C],量接近建筑场地地震的特征周期、地震动幅值、频谱和持时[Ke]分别为结构阻尼矩阵和结构弹性刚度矩阵;[Ke]u为参数。因此将所选用的地震波从以下几个方面进行调整。3.1地震动强度结构变形为u时的弹性恢复力向量f(u)。地震动强度包括加速度峰值、速度峰值及位移峰值,对将强地震记录下来的一水平
5、分量加速度-时间曲线划一般结构常用的是直接输入地震反应的加速度曲线。加速分为很小的时段,然后对各个时段通过振动方程进行直接积度峰值反应了地面记录中最强烈部分。它是地震动的主要分,从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度,进而计算要素之一。在抗震分析中以地震动过程中加速度最大值(峰结构的内力。值)的大小作为强度标准。1.2实施步骤3.2地震频谱特征非线性时程分析的实施步骤为:地震频谱特征包括谱形状、峰值、卓越周期等因素。在强震(1)建立结构的几何模型,包括定义材料的本构关系、定发生时,一般场地地面运动的卓越周期将与场地土的自振周期义和指定
6、构件的截面尺寸和其他必要的参数的设定;接近。因而在选用地震波时,应使所选用的实际地震波的功率(2)定义并指定塑性铰,定义和指定的方法和静力弹塑性分析相同;[收稿日期]2008-10-06(3)定义时程函数和弹塑性时程分析工况,根据具体情[作者简介]何志泽(1981～),硕士研究生,主要从事建况选择适合的计算参数;筑结构抗震研究。四川建筑第29卷3期2009.06125·工程结构·谱的卓越周期乃至谱形状,尽量与场地土的谱特征一致。层最大顶点位移(mm)最大层间角位移3.3地震动的持续时间数abcdabcd地震动加速度时程曲线x¨g(t)是
7、一个随时间变化的随320.820.528.855.71/3801/4341/2781/173212.913.618.038.41/4351/4541/3161/176机脉冲,振型和频率变化频繁无规律,所以不能根据x¨g(t)波16.07.08.521.41/7501/6451/5281/210形用解析法直接求解结构的振动方程,必须将地震波按照时注:a、b、c、d分别表示ELCENTRO南北波、ELCENTRO东西波、段Δt即时间步长进行数值化,然后按每个时段对结构基本TAFT南北波和TAFT东西波。振动方程进行直接积分,从而计算出各个时
8、段的质点系的位由表1可以看出,在地震作用下的结构薄弱层大致在结移、速度和加速度。一般地,常取时段Δt=0.01～0.02s,持构高度的1/3处,分析结果和国内类似结构分析与设计软件续时间不能取太长,也不能太
