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2007 年 1 月
弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用
杨志勇黄吉锋
(中国建筑科学研究院北京 100013)
0 前言 TAT,SATWE,PMSAP 等软件均提供了地震力放大功能。
地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。 SATWE 地震作用放大系数见图 1,可以通过适当地放大振
几十年来,人们积累了大量的实测地震资料,这些资料多以型分解反应谱法的地震作用来满足相应的规范要求。TAT 软
位移、速度或者加速度时程的形式体现。与此相对应,时程件给出了一种折中的做法,如果设计者进行了弹性时程分
分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应析,则程序会将弹性时程分析结果作为一种地震荷载工况进
的方法。但是,由于地震作用随机性导致计算结果的不确定行组合、设计。但是为了避免设计结果过于保守,程序会进
性,弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法; 行构件弹性时程分析内力的预组合。
虽然如此,抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性,还是(2)“采用时程分析方法时,应按建筑场地类别和设计
将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟
谱法的一种补充计算方法;尤其是考虑了结构的弹塑性性能的加速度时程曲线”。建筑结构在不同地震波作用下的响应
后,弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇差别可能较大,选用多条地震波的平均值可在一定程度上避
地震作用响应计算方法。免离散性。人工模拟地震波一般是以规范反应谱为基础,通
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第 ,, 过蒙特卡罗方法来得到,更加贴近规范反应谱或反映场地土
,, 等条文规定了时程分析相关的内容。下的当地特征。TAT,SATWE,PMSAP,EPDA 等软件按照
面结合 TAT,SATWE,PMSAP 和 EPDA 等软件应用,探讨结构的特征周期给出多组天然波和人工波,见图 2。无论是
如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。进行弹性还是进行弹塑性时程分析,均要选取足够数量的地
1 弹性时程分析的正确应用震波进行计算,以得到有代表意义的结果。
正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的
相关条文规定有正确的认识。以下几点是需要特别明确的:
(1)抗震规范第 条第 3 点规定,“可取多条时程
曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较
大值”。在设计过程中,如何实现“较大值”有不同的做法:
1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平
均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行
构件设计;2)在实现振型分解反应谱方法时,放大地震力使
得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。图 2 按照特征周期区分的地震波库
(3)“多波平均地震响应系数曲线应与振型分解反应谱
法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符”。其条文
说明解释为二者在各个周期点上相差不大于 20%。对于人
工波来说,这一规定一般是天然满足的,因为人工波是拟合
规范反应谱得到的。对于天然波来讲则较难满足,因为规范