结构地震反应分析方法.doc

结构地震反应分析方法.doc结构地震反应分析方法
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。
1静力分析法
1. 1基本原理
静力分析法是国际上最早形成的抗震分析方法。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、 幕级数分布、M PA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，