浅析土木工程结构地震反应分析方法

2012Vol.44No.1林业科技情报

浅析土木工程结构地震反应分析方法

王亚芝

（黑龙江省林业设计研究院）

［摘要］近年来世界范围内频繁发生特大地震，其中包括我国2008年的汶川大地震，日本2011年的大地震，其震害及其次生灾害造成了巨大的人员伤亡和国民经济损失。笔者针对土木工程结构抗震一直是当今研究的热门课题这一重点主线，详细介绍了土木工程抗震领域的主要研究方法。

［关键词］土木工程结构；地震反应；反应谱法；非线性时程分析；Pushover；IDA

Earthquake Reaction Analysis Method Of Civil Engineering Structure

Wang Yazhi

（Forest Design And Research Institute Of Heilongjiang Province）

Abstract：There are especially big earthquakes in the world frequently in recent years，including the earthquake of 2008in China and2011in Japan．They caused large casualties and national economy loss．Civil engineering struc-ture anti－seismic is a hot task．This paper introduces the main research method in the anti－seismic field of civil engineering structure．

Key words：civil engineering structure；earthquake reaction；response spectrum method；non－linear time－histo-ries；Pushover；IDA

地震作用理论是研究地震时地面运动对结构物产生的动态效应，结构的地震反应取决于地震动力和结构动力特性两个方面，因此，地震反应分析方法的发展是随着人们对这两方面的认识逐渐深入而提高的。目前世界各国的土木工程结构抗震设计规范中普遍采用的是确定性地震反应分析方法，本文就目前普遍采用的以下四种地震反应分析方法进行详细的阐述。

1动力反应谱分析方法

动力反应谱理论是目前土木工程结构抗震设计中比较常用的一种分析方法。采用动力反应谱方法计算土木工程结构动力响应包括以下几个方面：第一，是确定抗震设计的反应谱，第二，将结构震动方程进行振型分解，根据场地土的平均剪切模量或场地土的剪切波速、质量密度和分层厚度实测反应谱求得每个自由的振子在各个阶段求得振型反应最大值。第三，动力反应谱分析在土木工程结构反应中的最大值可以通过SRSS或者CQC方法将各个不同的振型反应的最大值进行组合，在实际分析中所要考虑的自由度数和振型模态数要确保在纵向和横向获得90%的振型参与系数。

2非线性时程分析方法

时程分析法是20世纪60年代逐步发展起来的一种抗震分析方法。用于进行超高层建筑结构的抗震分析和工程抗震研究等。到80年代，已经成为很多国家抗震设计规范和抗震研究工作的分析方法之一。动态时程分析法是结构在地震动作用下的响应时程，可详细了解结构在整个地震持续时间内的结构响应过程，同时反应出地震动的振幅、频谱及持续时间内对结构的影响。时程分析通过结构构件内力的变化及构件逐步开裂可求出弹性和非弹性阶段的结构的内力与变形。这时结构的薄弱部位的位移即将达到最大值，从而造成结构的最终破坏，直至倒塌的全过程。

动态时程分析方法是随着强震记录的增多和计算机技术的广泛应用而迅速发展起来的以研究结构抗震的一种分析方法。动态时程分析理论考虑了反应谱不能计算结构和结构构件在每个时刻的地震反应包括内力和变形等。对于复杂结构体系，振型密集以及结构受到强烈地震时发生非线性反应的情况下，能够更真实地反映出结构的地震反应，从而能更精确细致地反映出结构的薄弱部位。因此采用动态时程分析理论进行地震反应分析和抗震设计成为在抗震领域比较常用的一种分析方法。但是，动态时程分析方法计算量比较大、耗时多、建立模型复杂，而且需要对计算结果进行整理做统计分析等。3静力弹塑性分析方法（Pushover）

Pushover方法是目前常用的一种静力非线性分析方法，国内外学者都对其进行了广泛的研究。Pushover分析的基本思路是用一个单自由度体系来等效实际结构，代替多自由度体系，通过研究等效单自由度体系的地震弹塑性反应来预测实际结构的

·

36

·

林业科技情报2012Vol.44No.1

地震弹塑性反应。就其自身而言，没有特别严密的理论基础，此方法的实现基于以下两个基本假设：一是假设结构的地震反应仅由结构的第一振型控制，不考虑高阶振型的影响；而是由结构的形状向量表示结构高度的变形，而且在整个地震作用过程中形状向量始终不变。

由于Pushover方法忽略了高阶振型的影响，在多振动结构中存在较大误差，因此在2002年Cho-pra等人进行了改进，提出了模态Pushover方法。模态Pushover方法考虑结构各阶模态都参与反应，更好的应用于非线性反应中。

4动力增量分析方法（IDA）

动力增量分析方法（IDA）是近年发展起来的一种动力非线性方法。与Pushover方法一样，地震荷载都是以增量的方式逐步作用在结构上的，不同的是Pushover方法以增量静力的方式，而动力增量分析方法（IDA）则是增量动力形式。动力增量分析方法（IDA）将地震动的加速度分别乘以一系列加速度调整系数，使之成为一组不同强度的地震动，结构在这组地震荷载作用下，分别进行非线性动力时程分析，通过绘制所研究结构性能参数与加速度调整系数的IDA曲线，来研究结构在地震荷载作用下的整个损伤破坏的全过程。

5结论

本文对目前普遍采用的土木工程结构地震反应分析方法作了总结，同时对每一种方法优缺点作了评价，通过总结整理出土木工程结构地震反应分析方法的主要特点：

（1）非线性时程分析的方法是建立在多条实际地震波的基础上，更符合实际情况；反应谱分析方法是建立在多条地震波最大地震反应基础上，因此得到的结果更偏于保守。

（2）增量动力非线形分析方法（IDA）相对于静力弹塑性分析方法（Pushover）更适合土木工程结构地震反应非线形分析。

（3）土木工程结构地震反应分析方法在建筑、桥梁领域应用较多，在岩土工程领域还有待于深入研究和完善。

参考文献

［1］王克海．桥梁抗震理论［M］．北京：中国铁道出版社，2007．

［2］范立础．桥梁抗震［M］．上海：同济大学出版社，1996．

［3］范立础，胡世德，叶爱君．大跨度桥梁抗震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001．［4］陈振纳，周威，阎玉敏．钢－混凝土组合结构抗震性能研究综述［J］．森林工程，2008，24（1）：45－47．

［5］W．F．CHEN．EARTHQUAKE ENGINEER-ING HAND BOOK［M］．Hawaii University，2003：3－10．

［6］Sueoda Torii S，Tsuneki Y．The application of response control design using middle－story isola-

tion system to high－rise building［C］．Vancou-

ver Canada．Proceedings of13th WCEE：2004．

来稿日期：2011－11－03

（上接第62页）

实际应用中最普遍的问题是缝隙宽度不一致，平面内的缝隙不在一条线上。这主要有两方面的原因，第一，国内的陶土板技术不成熟，所以板材本身的尺寸偏差过大，导致安装完成后的缝隙宽度偏差也过大。所以在板材安装前一定要测量并计算板材的尺寸，合理搭配安装。第二，选用横向龙骨时尽量选用通长的铝龙骨，铝型材的变形能力低于钢材，不易变形且精度高，间断的横向龙骨在安装中避免不了横向水平高度的偏差。这两点都直接影响陶板挂装后水平缝隙的宽度偏差大小。因此在实际施工过程中技术人员应该提前做好相关工作，避免安装后出现的各种问题。

3.3陶土板幕墙系统中的披水胶条

陶土板幕墙常用的是开放式系统，横向方向一般是上下板块搭接拼缝而成，可以有效的防水和排水，这是陶土板幕墙的一个优点。但是竖向方向无任何搭接，所以陶土板幕墙系统内一般需在竖向均放置三元乙丙披水胶条，可以有效的阻止雨水流入并及时排除。在实际施工中为了保证胶条能在一个平面上，一般要将胶条固定在其后方的龙骨上，以避免胶条因温度变形而影响整体陶土板幕墙的外观效果。

4结束语

陶土板幕墙在实际施工中会遇到一些问题，这对于一项正在全力发展的技术而言是避免不了的，只有在今后的施工中时刻注意并随时总结经验，这项具有节能环保特性的陶土板，在有了国家节能政策的推动大，加上外在的色彩、造型和质感等多样性以后，就可以为建筑外观提供更多的艺术性，增加城市魅力，使得陶土板幕墙有一个良好的发展前景。此外，陶土板幕墙自身生产施工系统的日益完善，也为日后的发展开拓了更好的空间。未来，陶土板幕墙将逐渐在幕墙行业彰显其卓越的品质。

参考文献

［1］姜军辉．传统材料新时尚陶土板幕墙系统概述．中国幕墙工程网．

来稿日期：2011－11－22

·

46

·