结构地震反应分析方法.doc

结构地震反应分析方法摘要:结构地震反应分析是工程抗震设计理论的核心内容,是确定结构反应的关键步骤。房屋结构地震反应分析方法包括静力分析法,反应谱分析法和时程分析法等。结构地震反应分析时,应·结合结构实际情况选择其中一种、两种方法进行对比分析,以获得良好的计算精度和计算效率。关键词:地震反应;push-over法;抗震设计地震是一种突发性、破坏性甚至毁灭性的自然灾害,无法进行可靠预测。其发生会严重威胁人类社会的生存与发展。在罕遇作用下,结构会进入弹塑性受力状态。因此,通过结构抗震设计降低地震破坏程度是重要工程抗震方法。中国《建筑抗震设计规范》主要采用两阶段抗震设计思想,在第二阶段设计中要求对结构弹塑性状态下的变形性能进行分析。规范中,推荐采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析方法验算结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形。从上世纪中期,研究者才开始真正意义上从事于地震反应分析研究。而在当前,地震研究主要集中以下方向:对结构进行非线性弹塑性分析;对结构进行可靠度分析;对结构进行动力分析和能量分析[1]。工程界采用的分析方法主要有静力分析法、反应谱分析法、动力分析法。。上世纪初,研究者认识到造成地震破坏的主要因素之一是水平最大加速度。在此基础上,提出利用等效静力分析方法。随后,push-over静力弹塑性分析方法作为有效的抗震性能评价方法之一正式被各国规范采用。如,欧洲规范(eurocode-8),日本press钢筋混凝土建筑结构设计指南、美国的atc-40(1997)和fema-440以及中国建筑抗震设计规范。push-over法主要建立在将多自由度结构的反应与一个等效单自由度体系的反应相关联的基础上。主要假设有[2]:(1)将实际结构的多自由体系地震反应等效为一个单自由度体系,即认为结构的地震反应主要由结构的第一振型控制。(2)将结构沿高度的变形形状采用振型形状向量来表示。通过水平力方式加载。在每个加载步内,不论结构的变形振幅怎样变化,假设整个地震反应过程中,振型形状向量一直保持不变。基本思路为:根据房屋的具体情况在房屋上施加某种分布的水平力,逐渐增加水平力使结构各构件依次进入塑性。当某些构件进入塑性阶段后,整个结构的特性也会相应发生改变,因此再次调整水平力的大小和分布,以适应结构需要。这样交替进行下去,直到整体结构出现预定的破坏现象,如结构成为机构或最大位移超过要求。整个过程中,水平力的大小是根据结构在不同工作阶段时的周期利用设计反应谱而求得,而水平力的分布则根据结构的振型变化求得。水平力加载方法主要有倒三角形分布、均匀分布、抛物线分布、幂级数分布、mpa法分布和mmc法分布等。在加载过程中,如果侧向力分布保持不变称为固定侧向荷载模式;如果考虑结构动力特性的变化而不断调整侧向荷载的分布方式,称为自适应侧向荷载模式。倒三角形分布适用于以第一振型为主的结构体系,并假定结构各层加速度沿高度呈线性分布。荷载均匀分布,假定结构各层侧向力与该层质量成正比,相当于结构在地震作用下每层的加速度均相同。抛物线分布是水平力沿着高度成抛物线形状加载方式,能够较好地反应结构在地震作用下的高振型影响。指数分布是指数k的取值为:式中,t为结构基本周期,它在一定程度上考虑了高振型的影响。自适应侧向荷载模式可采用振型分解谱