时程分析法在空间结构设计中的应用

时程分析法是抗震设计中一种比较准确的动力分析方法,时程分析中输入的地震记录应拟合规范反应谱。本文结合北京2008奥运会老山自行车馆屋盖网壳结构的抗震设计,分别采用不同的调整方法对典型地震记录进行调整后作为时程分析法的输入地震波。通过将计算结果与反应谱法计算结果进行比较得出结论：综合调整后的地震波更接近基于地震学及场地特征确定的规范反应谱,综合调整法适用于大跨度空间结构的时程分析。     

长周期地震动作用下超高层建筑结构响应研究

超高层建筑结构自振周期相对较长,易受长周期地震动影响,是抗震设计时值得关注的问题。从PEER强震记录库中选取了Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地共410条工程中常用的强震记录,以一栋高250m、自振周期为6s的超高层建筑结构为例,从输入与输出两个层面对长周期地震动作用下的结构响应进行研究。输入层面,以规范设计反应谱为比较基准,通过分析地震动加速度反应谱,了解不同场地地震动的频谱特征;输出层面,以规范设计反应谱作用下的基底剪力为基准,通过分析超高层建筑结构在各类场地地震动作用下的基底剪力,获得不同场地地震动作用下的结构响应水平;同时,引用日本国土交通省公布的长周期设计地震动进行横向比较,通过弹塑性时程分析得到的不同时刻下结构塑性转角分布情况及发展规律,揭露长周期地震动作用下结构的响应特征与控制因素。     

某超高层场地地震反应及设计反应谱研究

场地地震安全性评价是规范对超高层结构设计的强制要求,场地地震反应特性及设计反应谱是超高层结构设计的重要计算依据。本文结合某不规则超高层建筑,讨论了场地地震反应特性及设计反应谱,在对场地进行安全性评价的基础上,比较了天然地震波与设计反应谱的统计误差,不仅证明了设计反应谱的准确性,还为结构抗震验算提供了可靠的天然地震加速度时程波,本文的研究可为同类型超高层结构设计提供经验参考。     

关于高层建筑结构时程分析的探讨

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》[1]规定将时程分析法作为计算高层建筑地震作用的一种方法,是振型分解反应谱法的重要补充。本文简述时程分析法的意义。振型分解反应谱法不能反应结构在地震动过程中的经历;时程分析法是直接动力法,采用逐步积分的方法求得结构在地震过程中每一瞬间的位移、速度和加速度。当选取不同的地震波时,结构的地震响应相差很大。因此,如何合理选取地震波成为工程实践中必须解决的问题。本文简述了输入地震波选取的基本原则,并提出了选波步骤的建议。最后,用实例说明时程分析法的应用。     

时程分析与场地类别对长周期结构地震剪力系数的影响

影响建筑结构在水平地震作用下所承受地震剪力的因素主要有结构的总质量和总刚度及分布、场地类别和设计地震分组。文中通过对某超高层建筑在反应谱计算下地震剪力的分析,分析了场地类别对于结构剪重比的具体影响规律,同时还采用时程分析方法,通过大量实际的地震波,分析了结构在不同场地类别下剪重比的变化规律,并提出了在高层或超高层建筑设计中剪重比不满足时的各种处理方法。     

结构抗震设计时程分析法中地震波的选择

新修订的建筑抗震设计规范规定,对于重要建筑,宜采用时程分析法进行补充计算。时程法要求用按规范方法或考虑地震危险性的概率方法所确定的地震动参数,来选择天然地震记录或人工合成地震波作为输入,以计算结构的动力反应。本文将讨论设计地震动参数的定义、特征及其确定方法,进而提供根据地震动参数选择天然地震波的方法。     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

天津慈海桥摩天轮结构的抗震性能分析

对天津慈海桥摩天轮结构的抗震性能进行了分析,采用振型分解反应谱法和弹性时程分析法分别计算多遇地震下结构的内力和变形,从地震波的加速度谱和功率谱两方面分析了比较结果,将反应谱结果考虑一增大系数后进行结构校核。采用弹塑性时程分析法进行了罕遇地震作用下的分析。分析结果表明,结构的变形和强度均满足要求,抗震性能良好。     

基于双向最大加速度反应谱的双向水平地面运动记录选择和标定方法

在用动力时程分析法预测高层建筑和复杂建筑的地震反应时,需要输入包含两个水平分量的双向地面运动记录。通过整理现有双向地面运动记录选择和标定方法可知,我国规范GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》在这方面存在不足之处。在双向最大加速度反应谱的基础上,提出双向水平地面运动记录选择和标定方法。为揭示该方法与我国规范方法所预测的结构地震反应的差异,并考察根据我国规范方法预测出的结构地震反应评价抗震性能的安全性,在一个工程算例的罕遇地震非线性动力反应分析中,分别用这两种方法选择双向地面运动记录。分析结果表明:基于双向最大加速度反应谱的双向地面运动记录选择和标定方法较我国规范方法预测的结构地震反应更大,对于力和位移的预测结果,前者比后者分别增大约7%和15%。针对地震风险起控制作用的地面运动类型不同,我国规范方法预测出的结构地震反应相对于基于双向地面运动记录选择和标定方法预测出的结构地震反应的危险程度高低亦不同,以统一的性能指标来控制结构的抗震性能,最终实现的各结构抗震安全性有所不同。因此,建议在动力时程分析中采用基于双向最大加速度反应谱的双向地面运动记录选择和标定方法。     

双层圆柱面网壳的地震反应

以一双层圆柱面网壳为研究对象 ,利用动力时程分析的方法 ,研究了此类结构的地震反应特性。讨论了地震波输入方向、水平约束刚度、不同地震波对结构地震反应的影响 ,并将时程分析与反应谱法的结果进行了对比 ,在此基础上对抗震设计工作提出了建议。     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

Seismic response of R/C structures subjected to simulated ground motions compatible with design spectrum

In seismic response analysis of building structures, the input ground motions have considerable effect on the nonlinear seismic response characteristics of structures. The characteristics of soil and the locality of the site where those ground motions were recorded affect the contents of ground motion time histories. This study describes a generation of synthetic ground motion time histories compatible with seismic design spectrum, and also evaluates the seismic response results of multi‐story reinforced concrete structures by the simulated ground motions. The simulated ground motion time histories have identical phase angles to the recorded ground motions, and their overall response spectra are compatible with seismic design spectrum with 5% critical viscous damping. The input ground motions applied to this study have identical elastic acceleration response spectra, but have different phase angles. The purpose of this study was to investigate their validity as input ground motion for nonlinear seismic response analysis of building structures. As expected, the response quantities by simulated ground motions presented better stability than those by real recorded ground motions. It was concluded that the simulated earthquake waves generated in this paper are applicable as input ground motions for a seismic response analysis of building structures. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于总输入能量谱与瞬时输入能量谱的设计谱修正

地震动中的长周期成分对长周期结构的影响不容忽视,现行的设计反应谱为了保证长周期结构抗震设计具备保守性,人为增大了特定频段和特定场地条件的谱值。针对目前设计谱的不足,依据线性单自由度体系的地震动总输入能量谱和瞬时输入能量谱,对规范反应谱5Tg～6s直线下降段提出调整方法。从具有速度 脉冲特征的长周期地震记录中选出能量谱值最大的地震记录加以说明,得到修正后的加速度谱与相应的拟速度谱和位移谱。建议的反应谱修正方法综合体现了总输入能量与瞬时输入能量的特征,对于工程结构设计具有重要的理论意义和实用价值。     

静力弹塑性分析方法中不同加载模式的对比研究

Pushover分析方法是一种逐渐得到广泛研究与应用的评估结构抗震性能的简化方法,已经被我国现行建筑结构抗震设计规范采用.侧向加栽模式的选取是Pushover分析方法中的一个关键问题,不同结构的高阶振型对Pushover分析结果的影响程度不同.本文通过拟合规范的反应谱曲线,对三个钢筋混凝土结构分别选取了适用Ⅱ类场地的2条地震动记录和1条人工波,对比了典型地震动下非线性时程分析和采用5种不同侧向力分布模式的Pushover分析的层间位移角,以及推覆分析各工况下的结构推覆曲线、等效周期和等效阻尼比.通过振型质量参与系数体现高阶振型对结构反应的贡献.研究发现,随着结构层数的增加,高阶振型的影响变大,侧向加载模式的选取变得很重要.     

Deficiencies of design-spectrum compatible accelerograms

Frequency-domain scaled, design spectrum compatible acceleration time histories (DSCTH) are widely used in the analysis and design of special structures, particularly seismic-isolated buildings. At the first glance, it seems that DSCTH records furnish earthquake resistant designers with a consistency and compatibility bridge between the two very different worlds of elastic and inelastic response. Closer examination reveals, however, that there are significant potential problems associated with indiscriminate use of DSCTH records in seismic design.     

浅埋地下结构耐震时程分析法最优持时研究

为研究持时对地下结构耐震时程分析结果的影响,选取II类和III类工程场地中典型的两层三跨地铁车站为原型,以基岩场地地震动均值反应谱为目标谱,构造了6种典型持时的耐震加速度时程曲线作为输入。通过将耐震分析结果与增量动力分析基准结果对比表明,耐震加速度时程曲线的持时对分析结果影响显著。根据目标时间点与地震动能量指标阿里亚斯强度值的变化规律,给出了最优目标时间点的确定公式并进行验证。由研究结果可知,对于II和III类工程场地,耐震时程曲线较优持时分别为30s和45s;给出的目标时间点的确定公式对上述两类场地中的地下结构抗震性能评价具有一定适用性,当构造的耐震时程曲线在目标时间区段内的能量值与实际地震动的能量值较为接近时,耐震时程分析结果最为精确。     

基于概率地震危险性分析的重大工程结构设计地震的研究

本文提出了一种基于概率地震危险性分析 (PSHA)确定重大工程结构设计地震的方法 ,建议设计地震在场地产生的地震动应满足以下条件 :(1)加速度峰值等于PSHA确定的给定超越概率加速度峰值 ;(2 )反应谱值不能超越PSHA确定的一致概率反应谱 ,同时又不小于某一给定下限值。由本方法确定的设计地震是相对合理的 ,工程设计人员容易接受。     

某超高层建筑场地地震设计反应谱研究

场地地震设计反应谱是超高层结构抗震设计的重要依据,关系着结构设计的安全性和成本。结合某超高层设计案例,分析了不同超越概率对场地地震设计反应谱和水平加速度峰值的地震危险性概率贡献分布的影响,比较了场地地震设计反应谱与天然波平均反应谱的取值,验证了场地地震设计反应谱的可靠性。结果表明,对于超高层结构的抗震设计除考虑近场地震影响外,还应考虑远场大震影响,利用本文所述方法获得的天然波反应谱可用于结构抗震设计验算并能提高结构设计安全性。     

抗震设计规范之近断层中小地震影响

近年来发生的中小震级地震中 ,在靠近断层附近观测到的记录中具有显著加速度和速度峰值 ,对结构造成了极大的破坏 ,同时 ,现行抗震设计规范多是以大震级地震记录为基础建立起来的 ,很少考虑断层距对结构地震反应的影响。本文在充分收集近断层地震记录的基础上 ,对近断层中小震级地震动的峰值和反应谱进行了统计分析 ,并和我国的结构抗震设计规范进行了对比 ,指出了现行抗震设计规范的不足之处 ,得出了一些有益的结果 ,为今后抗震设计规范的完善和结构的抗震计算提供了参考。