抗震设计中关于弹性时程分析的评述

weixin

　　问
　　为什么要进行弹性时程分析?

　　答
　　在抗震的计算中，我们遇到的常规结构都是可以用底部剪力法和振型分解反应谱法来计算，但是对于结构体型超限的结构而言，或者超出上述使用范围的结构在进行振型分解反应谱法计算的同时还需要进行弹性时程分析的方法来补充计算。而且在我们国家的三水准两阶段的抗震设计要求中，两阶段就是需要在多遇地震的情况下计算承载力和弹性位移，而且个人感觉在条件允许的情况下，尽可能的对结构进行弹性时程分析以补充计算，这样更加的安全。

　　问
　　弹性的时程的分析的基本原理是什么?

　　答
　　在结构动力学中，我们曾经考虑对于一般的荷载如何去求解其基本的动力方程，那就是杜哈梅积分，但是在地震的常规计算中，我们还是比较喜欢采用增量的方法求解，对于增量的控制方程，可以考虑常加速度法和线加速度法，一般还是采用线加速度法，一步一步的求解直至达到全过程的结果。

　　问
　　弹性时程分析的基本方法?

　　答
　　当然可以采用matlab编程解决，但是对于常规的设计问题，还是用常规的结构设计软件比较好，这里以pkpm和yjk来考虑分析的步骤。

　　1. 首先需要确定地震波
　　在《抗规》中，要求5.1.2.3应该根据建筑场地类别和设计场地分组，至少取两条人工地震波和一条天然波(ps：这里实际上就是确定特征周期，也就是地震影响系数中有最大值下降的哪个点的横坐标，在satwe和yjk中都有，可以直接选择，他是反应地震震级，震中距，场地类别的综合参数;

　　当然在地震工程学中还有几个类似的周期概念：场地的卓越周期等，同时还需要多组时程曲线平均地震影响系数与振型分解反应谱法采用的地震影响系数相差不超过20%。

　　ps：这里具体如何判断，规范上只是表达了对于结构主要振型的周期点不超过20%，今天在查其他的论文时，很多写的很模糊，甚至于有些就是直接以地震影响系数的平台段考虑20%，我想这是不对的，在结构动力学中就已经学过，不是所有的振型都是对结构的反应起控制作用，所以规范的表达比较准确，但是对于不规则的结构到底是哪个振型起控制作用不是很清楚，所以在有些论文中以最大的平台段也有一定的道理，不得不为之吧!

　　2. 对于时程分析中的加速度的峰值直接按《抗规》中的表5.1.2-1取用

　　3. 对于分析结果的控制要求
　　每条底部剪力不小于振型分解反应谱的65%;多条底部剪力的平均值不小于振型反应谱的80%但是又不能太大，最大不超过135%，平均不超过120%(ps：这主要是经济性的考虑，配筋不能过多)

　　4. 最后以包络和振型分解最大值设计
　　但是一个很重要的问题是地震的随机性很强，所以可以适当的选择合适的地震波在满足底部剪力下线的要求的情况下使，包络小于振型分解反应谱法，这样感觉就规避了补充计算，实质上是没有意义的，我想这主要是规范中要求的地震波数比较少，当增大地震波的条数时，这种情况也就很好的解决了，而且现在计算机运行速度很快，这也很容易实现。

　　问
　　还有什么需要注意的?

　　答
　　无论是抗震设计还是非抗震设计，对于结构分析的目的也就是为得到内力和位移，位移在抗震设计中尤为重要，在弹性时程分析中层间位移和层间转角是关注项，可以在satwe和yjk的计算文本中得到分析考虑。

　　Ps：整个下来弹性的时程分析比较简单，主要是要满足规范上的要求!对于罕遇地震下的弹塑性分析才是比较难的的内容，无论pkpm还是yjk在这一点上的可靠度不是很高，最终的准确分析可以考虑采用通用的有限元分析程序考虑，如abaqus，在弹塑性分析中主要的关注点还是位移，弹塑性的位移，还有结构的薄弱层，对于真实的分析，找到结构的可能的薄弱层位置适当的加强(ps：薄弱层位置适当就可，毕竟大震下坏是不可能的，只要不倒)，是防止大震不倒比较可靠的方法!

　　Ps：还有很多没有写上去，我想还是留些空白更有动力些……

　　来源：新浪有情怀的结构工程师的博客