抗震设计中反应谱的应用

抗震设计中反应谱得应用
一．什么就是反应谱理论
在房屋工程抗震研究中,反应谱就是重要得计算由结构动力特性所产生共振效应得方法、它得书面定义就是“在给定得地震加速度作用期间内,单质点体系得最大位移反应、速度反应与加速度反应随质点自振周期变化得曲线。

用作计算在地震作用下结构得内力与变形",反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间得动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型与阻尼)所产生得共振效应,但其计算公式仍保留了早期静力理论得形式。

地震时结构所受得最大水平基底剪力,即总水平地震作用为:
FEK = ｋβ(T)Ｇ
式中,k为地震系数,β(T)则就是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a得比值,它表示地震时结构振动加速度得放大倍数。

β(T)＝Ｓa(T)/a
反应谱理论建立在以下基本假定得基础上:１)结构得地震反应就是线弹性得,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处得地震动完全相同:3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应:4)地震动得过程就是平稳随机过程。

二．实际房屋抗震设计中得应用
为了进行建筑结构得抗震设计,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件得内力。

一般而言,求解建筑结构在地震作用下构件内力得方法主要有两种,一种就是建立比较精确得动力学模型进行动力时程分析计算,这种方法比较费时费力,其精确度取决于动力学模型得准确性与所选取地震波就是否适当,并且对于工程技术人员来说,这种方法不易掌握;第二种方法就是根据地震作用下建筑结构得加速度反映,求出该结构体系得惯性力,将此惯性力作为一种反映地震影响得等效力,即地震作用,然后进行抗震计算,抗震规范实际上采用了第二种方法,即地震作用反应谱法。

实践也证明此方法更适合工程技术人员采用、由于目前抗震规范中得地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得得反应谱,因此当结构某些部位发生非线性变形时,抗震规范中得反应谱就不能适用,而应采用弹塑性反应谱来进行计算。

因此选用合适得弹塑性反应谱并提出适当得地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要得现实意义。

弹塑性反应谱种类繁多,主要包括等延性强度需求谱与等强度延性需求谱,其实质就是确定强度折减系数R,延性系数,以及结构周期Ｔ之间得关系。

下面就普通房屋设计中得弹塑性反应谱设计来举例说明。

反应谱就是指单自由度体系对于某地面运动加速度得最大反应与体系得自振特性(自振周期与阻尼比)之间得函数关系。

抗震规范中所采用得弹性反应谱如图1所示⋯ ,它就是在计算了大量地面运动加速度得基础上,确定地震影响系数与特征周期T之间关系得曲线
图一:地震影响系数曲线
图一中绘出得弹性加速度反应谱其表达式如下
其中,
为曲线下降段衰减系数,;
为阻尼比;
为阻尼比调整系数,;
为直线下降段斜率调整系数,;
为场地土得特征周期;
为最大地震影响系数。

依据适当得模型,列出相应关系模型式,再将各相应系数带入,即可得到建立在此模型上得弹塑性反应谱。

在应用弹性反应谱对多层房屋进行抗震设计时,通常将每一层楼面或楼盖得质量及上下各一半得楼层结构质量集中到楼面或楼盖标高处,作为一个质点,并假定由无重得弹性直杆支撑于地面,把整个结构简化成１个多质点弹性体系。

多自由度体系得水平地震作用可用各质点所受得惯性力来代表,故对应于第j振型质点i上得水平地震作用为
式中,
表示对应于第j振型质点i上得最大水平地震作用;
表示质点ｉ得质量;
表示第j振型下质点i得最大绝对加速度反应;
表示第j振型下质点i得位移幅值;
表示第j振型参与系数、
根据随机振动理论,如假定地震时得地面运动为平稳随机过程,则对于各平动振型产生得地震作用效应可近似地采用“平方与开方"法确定,因此第i层剪力可由下式表示
当发生罕见地震时,由于地震作用比多遇到地震时得地震作用要大得多,因此若假设第i,i+1,…,i+L层已经发生塑性变形,这时上式变为
第i层层间位移为
式中,
表示第i层得楼层剪力;表示第i层得楼层侧移刚度。

利用以上得一系列公式就能利用反应谱法设计结构得抗震性能。

三．我得心得体会
在进行建筑结构得抗震设计时,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件得内力。

反应谱法以其特有得简洁,直观,易于掌握等特点,称为了在房屋设计中抗震设计得首选方法。

将结构体系得惯性力当做地震得等效力得方法也更接近实际情况,避免了因为近似取模型造成得过大误差。

总而言之,反应谱方法通过反应谱得概念,既考虑了结构动力特性与地震动特性之间得关系,又充分应用了静力理论,巧妙地将动力问题静力化,使复杂得结构地震作用及其效应得计算变得简单易行。

但就是,综合这两天我对相关文献得阅读,我发现反应谱法还就是有许多问题,例如由于实际条件所限,可能不能充分体现结构自重对构件内力得影响,可能导致模型得破坏形态与结
构在地震作用下得实际破坏形态不完全相同,又例如计算中相关系数众多,而且系数得取值范围比较宽泛,容易导致计算结果误差范围过大,失去参考价值,因此反应谱法还就是有继续完善得空间,值得我们去研究改善。