1、第26卷第19期2010年10月甘肅科技Gansu Science and Technol ogyV ol.26N o.19O ct.2010彈性動力時程分析的理解和應用程浩(天水市建筑勘察設計院,甘肅天水741000摘要:正確理解和應用彈性動力時程分析方法是深入了解復雜高層建筑結構抗震性能的重要手段,能有效、合理的掌握復雜高層建筑結構的受力特點,為復雜結構設計提供準確的分析應用和判斷。關鍵詞:彈性動力時程分析;復雜高層結構設計;抗震性能中圖分類號:T U973.17隨著城市復雜高層建筑越來越多,結構設計的難度也隨之增加。這就是要求結構設計人員充分了解和掌握復雜高層建筑結構的受力特點,運用好彈

2、性動力時程分析方法,才能做好復雜高層建筑結構的抗震設計。與之相比,則會使彈性動力時程分析流于形式,起不到應用的作用。從基本理論、規范規定和實際操作應用等方面作一探討。1彈性動力時程分析方法的基本原理現階段高層建筑結構抗震設計方法有二種:一種是振型分解的反應普法。且該方法是主流設計方法。簡單地說就是首先進行結構的模態分析,得到足夠數量的結構振型和頻率,該過程就是將結構模型空間內解耦為多個“獨立”的單自由度體系,每個振型對應一個單自由度體系,這樣就可以運用規范規定的反應譜得到各個振型(單自由度體系所對應的地震力。然后將各個振型所對應的地震響應通過CQC方法進行振型組合得到結構最終的地震響應。規范的

3、反應譜是多條(甚至幾百條以上地震波所對應的反應譜通過概率平均化和平滑后所得,雖然可以從概率意義上保證振型分解反應普法的一般性,但如果單獨拿出幾條地震波的反應譜與規范反應譜比較,單波響應與規范反應譜方法計算結果比較均會有一定的差別。對于特殊情況,單波響應還可能偏大,即振型分解反應譜方法并不保守,單條地震波的反應譜與規范反應譜的差別還是很大的。另一方面還要理解CQC振型組合方法是將地震作用看作平穩隨機過程得到的振型組合方法,該方法同樣是一種概率保證法。由于以上兩方面的原因,振型分解反應譜法可以保證大多數結構的地震響應計算足夠保守,或者說從概率意義上能夠保證,但對于一些特殊情況,如復雜高層結構則可能

4、會出現偏于不安全現象,所以要附加多條實際或人造地震波的彈性動力時程分析方法進一步保證結構的安全。彈性動力時程分析方法解決的基本問題如下公式(1所示:Mü+Cu+ku=-Mü式中:M為結構的質量矩陣;C為結構的阻尼矩陣;k為結構的剛度矩陣;ü、u、u分別為結構的加速度、速度和位移向量;ü輸入的地震波加速度向量。求解=階常微分方程一般有兩種常用算法:振型疊加法和直接積分法。振型疊加時分析方法與前面提到的振型分解反應譜方法是不同的,但同樣要首先通過模態分析得到足夠數量的振型的頻率,二者的區別是在各個正交振型下解耦后,振型分解反應譜方法是利用規范反應譜直接得到等

5、效靜力地震作用,而振型疊加時程方法是得到了n(振型數個相互獨立的單自由度體系二階運動微分方法,并全利用Duha mel積分等方法得到各個振型所對應的單自由度體系在某條地震波作用下的廣義位移響應,再利用各個振型所對應的振型向量累加為結構最終的時程響應結果。直接積公時程分析是利用W ils on -Q或Ne wmark-B等方法直接要求解公式(1的二階運動微分方程,得到結構響應。彈性動力時程分析一般采用振型疊加法計算,原因是計算效率更高,當振型數選取足夠的精度也可以保證。2對彈性動力時程分析方法規范規定的正確理解建筑抗震設計規范(以下簡稱“抗規”(G B50011-2001和高層建筑混凝土結構技術

6、規程(以下簡稱“高規”(JGJ3-2002等規范均將彈性動力時程分析定位為補充的彈性階段變形驗算方法。所謂“補充的”是相對于振型分解反應譜方法而言,補充其不足。“變形驗算方法”是指通過利用多條地震波的彈性動力時程分析方法得到結構的樓層位移或層間位移角,通過比較振型分解反應譜(CQC方法與彈性動力時程分析方法所得到的這些位移響應來判定振型分解反應譜方法所得到結果是否保守和安全。2.1何種結構應進行彈性動力時程分析2.2正確選取地震波2.3如何正確應用彈性動力時程分析結果3應用彈性動力時程分析軟件,合理選取地震波當不確定哪幾條地震波是合適的地震波時,可以先將對應特征周期或相鄰特征周期內的所有地震波都計算一遍,然后再與CQC基底剪力結果比較,選取與CQC