三向地震波的合理选取和人工定义T93

18.1。时程分析与三向地震波18.2。三向地震波的合理选取18.3。如何人工定义地震波18。三向地震波的合理选取和人工定义18.1。时程分析与地震波

弹性、弹塑性时程分析均与地震波相关。TAT、SATWE、PMSAP、EPDA等软件时程分析时均需选取地震波。旧版软件采用的是按照场地土区分的单向地震波库；新版软件采用的是按照特征周期区分的三向地震波库。三向地震波可以退化为单向地震波进行计算。可以通过填写文本文件的方式增加用户地震波。新抗震规范5.1.2条规定，“特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算”，“采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计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的加速度时程曲线”。地震波与反应谱应在“统计意义上相符”。时程分析法单波和平均值的底部剪力应不小于按反应谱方法得到的底部剪力的“65％”和“80％”等限值。新抗震规范5.5.3条规定，除可以采用简化方法计算外的建筑结构，可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析方法。18.2。三向地震波的合理选取按照规范的要求，至少应该选择三条地震波进行地震时程反应的分析，并规定了最小基底剪力。当计算的基底剪力不满足规范要求，则应认为该地震波不合格，应重新选择分析，直至选到合适的地震波为止。而实际上，只有在建筑物所在地的地震波才有可能有意义。但是大多数地区不具备这个条件，则可以用实测的人工波来代替。目前重要建筑物的场地波都是通过实测和人工模拟产生的，即实测人工波。选取地震波实测地震波——特征参数实测地震波——反应谱实测地震波——东南向40度作用实测地震波——西南向50度作用实测地震波——竖向作用保留留的的旧旧版版地地震震波波库库18.3。。如何何人人工工定定义义地地震震波波在当当前前的的工工程程目目录录下下建建立立相相应应的的地地震震波波文文件件。。文件件名名应应采采用用““USER””加上上““1”或或““2”或或其其他他阿阿拉拉伯伯数数字字。。使用用““.X”、、““.Y”和““.Z”文件件后后缀缀给给出出主主方方向向、、次次方方向向和和竖竖向向所所对对应应的的地地震震波波波波形形。。如如果果用用户户给给出出了了无后后缀缀的文文件件，，则则认认为为该该文文件件中中的的内内容容为主主方方向向的地地震震波波波波形形。。例如如““USER1””、、““USER2.X””、、““USER2.Y””、、““USER2.Z””等文文件件名名都都是是合合法法的的。。文件件中中第第一一行行输输入入用用户户地地震震波波步步数数N；；在第2~第第N+1行写写入入地地震震波波加加速速度度值值，，单单位位任任意意，，但但要要一一致致。人工工输输入入地地震震波波选选择择19.1。。弹塑塑性性分分析析目目的的、、意意义义19.2。。弹弹塑塑性性分分析析的的规规范范规规定定19.3。。简简化化弹弹塑塑性性分分析析方方法法及及适适用用范范围围19.4。。静静力力弹弹塑塑性性分分析析方方法法19.5。。动力力弹弹塑塑性性分分析析方方法法19。。罕罕遇遇地地震震下下三三种种薄薄弱弱层层弹弹塑塑性性变变形形验验算算方方法法及及其其适适用用范范围围19.1。。弹塑塑性性分析析目目的的、、意意义义三水水准准设设防防中中的的““大震震不不倒倒”。。两阶阶段段设设计计中中的的““第二二阶阶段段弹塑塑性性变变形形验验算算””。。强震震下下变变形形验验算算的的基基本本问问题题：：计计算算和和确确定定薄弱弱层层位移移反反应应和和变变形形能能力力；；通通过过改改善善结结构构均均匀匀性性、、加加强强薄薄弱弱层层和和薄薄弱弱部部位位使使得得层层间间位位移移角角满满足足弹塑塑性性变变形形验验算算限值值要要求求。。19.2。。弹塑塑性性分分析析的的规规范范规规定定《建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范》》GB50011-2001《高层层混混凝凝土土结结构构技技术术规规程程》》JGJ3-2002《高层层民民用用建建筑筑钢钢结结构构技技术术规规程程》》JGJ99-98《建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范》》3.4.3条竖竖向向不不规规则则结结构构应（（宜宜））进行行弹弹塑塑性变变形形分分析析3.6.2条条弹弹塑塑性性分分析析可可以以根根据据具具体体情情况况采采用用弹塑性性静力、时程、简化方法5.5.2条何种结结构需要进进行弹弹塑性性变形形验算算5.5.3条弹弹塑塑性变变形验验算方方法5.5.4条弹弹塑塑性分分析的的简化化方法法5.5.5条弹弹塑塑性层层间位移角角限值值《高层层混凝凝土结结构技技术规规程》》4.6.4条,4.6.5条,5.1.13条，，4.6.4条有具具体规规定基本遵遵从于于《建建筑抗抗震设设计规规范》》《高层层民用用建筑筑钢结结构技技术规规程》》5.3.6条～～5.3.10条、、5.4.4条条、5.5.3条条，有有具体体规定定，有有层间间侧移移延性性比规规定19.3。。简化弹弹塑性性分析析方法法及应应用范范围新抗震震规范范5.5.3条条规定定，罕罕遇地地震下下薄弱弱层（（部位位）弹弹塑性性变形形验算算可采采用下下列方方法：：““不超超过12层层且层层刚度度无突突变的的钢筋筋混凝凝土框框架结结构、、单层层钢筋筋混凝凝土柱柱厂房房可采采用5.5.4条的的简化化计算算方法法。””新抗震震规范范5.5.4条条规定定的简化弹弹塑性性分析方方法包包含两两方面面内容容：薄弱层层按照照楼层层区分分强度度系数数确定定。弹塑性性层间间位移移角由由罕遇遇地震震弹性性层间间位移移角折折减得得到。。可以看看出，，简化化的弹弹塑性性分析析方法法：有明确确的适适用范范围，，超出出此范范围不不能采采用。。薄弱层层的判判断和和相应应弹塑塑性层层间位位移角角的确确定均均是估估算结结果。。19.4。静力弹弹塑性性分析析方法法抗倒塌分分析图图静力弹弹塑性性分析析方法法的特特点静力弹弹塑性性分析析方法法是将将动力地地震作作用静静力化化的一种种罕遇遇地震震分析析方法法。考虑结结构的的弹塑性性性质质。较动力力弹塑塑性分分析方方法能能一定定程度度上节省计计算时时间。通过静静力推推覆分分析过过程可可以了了解结结构的的抗倒塌塌能力力。通过能力谱谱方法可可以得得到结结构的的罕遇遇地震震下最最大弹弹塑性性位移移角。。能力谱谱方法法存在在“以第一一振型型振动动为主主、结结构可可以等等效为为单自自由度度体系系”等前前提假假定，，能否否适用用于超超高层层结构构仍然然需要要探讨讨；但但推覆覆分析析过程程有一一定的的普适适性。。19.5。动力弹弹塑性性分析析方法法动力弹弹塑性性分析析方法法的特特点将罕遇遇地震震作用用以较较为真实的加速速度时时程方方式进进行输输入。。考虑结结构的的弹塑性性性质质。对结构构没有有过多多限制制其应应用范范围的的基本本假定定，适用范范围广广泛，可以以认为为是一一种仿真分析方方法。。多条地地震波波分析析时，，计算算时间间相对对较长长。选取不不同的的地震震波进进行分分析时时，计计算结结果可可能差别较较大，需要要使用用者进进行合理的的判断断。20.1。。弹塑性性分析析软件件整体体功能能简介介20.2。。弹塑性性静力力分析析软件件PUSH简介20.3。。弹塑塑性静静力分分析软软件PUSH工程实实例20.4。。弹塑塑性静静力分分析软软件PUSH验证20。。弹塑性性静力力分析析的正正确应应用和和普及及20.1。。弹塑性性分析析软件件整体体功能能简介介20.2。。弹塑性性静力力分析析软件件PUSH简介较为先先进的的单元元类型型。先进的的弧长法法加载策策略。。非线性性方程程叠代代方法法的多多种选选择。。波前法法解线线性方方程。。病态方方程的特殊殊解法法处理理。接力SATWE、PMSAP程序序，，适适应应的的结结构构类类型型广广泛泛。。PUSH软件件主主要要参参数数说说明明荷载载类类型型：有有倒倒三三角角形形和和矩矩形形两两种种选选择择，，通通常常可可以以选选择择倒倒三三角角形形。。基底底剪剪力力与与总总重重量量的的比比值值：通通过过该该参参数数定定义义侧侧向向荷荷载载的的总总和和，，比比如如填填0.5意意思思是是侧侧向向荷荷载载总总量量最最大大可可以以施施加加到到50%的的结结构构总总重重量量。。荷载载方方向向与与X轴的的夹夹角角：一一次次静静力力弹弹塑塑性性分分析析只只在在一一个个方方向向上上施施加加侧侧向向荷荷载载，，该该荷荷载载的的方方向向通通过过荷荷载载正正向向与与X轴正正向向的的夹夹角角决决定定。。单单位位度度。。从头头运运行行和和接接力力运运行行：PUSH软件件具具有有重重启启动动功功能能。。通通过过该该功功能能可可以以接接力力原原来来的的计计算算结结果果进进行行连连续续计计算算。。停机机控控制制：配配合合重重启启动动功功能能进进行行计计算算步步数数选选择择。。材料料参参数数调调整整：通通过过该该系系列列参参数数的的调调整整，，可可以以按按照照用用户户实实际际情情况况调调整整混混凝凝土土和和钢钢的的单单轴轴本本构构关关系系曲曲线线形形状状，，考考虑虑混混凝凝土土破破坏坏、、受受到到约约束束等等情情况况。。铰的相对对刚度界界限：为杆件件塑性铰铰的判断断条件，，例如填填入0.8的含含义是杆杆端截面面的刚度度与初始始刚度相相比退化化了80％时认认为出现现了塑性性铰。墙高斯点点破坏条条件：剪力墙墙通过用用户给出出破坏应应变界限限来判断断破坏情情况。杆元细分分、墙元元细分：用户可可以人为为的细分分杆件单单元。楼板考虑虑为梁翼翼缘的相相对宽度度：通过该该参数，，用户可可以考虑虑楼板对对于梁的的刚度贡贡献。20.3。弹塑性静静力分析析软件PUSH工程实例例——高高层混凝凝土结构构高层钢结结构20.4。弹塑性静静力分析析软件PUSH工程实例例单层钢框框架模型型荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较9层钢框框架模型型荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较混凝土框框架模型型荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较21.1。。弹塑性动动力分析析软件EPDA简介21.2。弹塑塑性动力力分析软软件EPDA工程实例例21.3。弹塑性动力力分析软软件EPDA验证21。弹弹塑性动动力分析析的正确确应用和和讨论21.1。弹塑性动动力分析析软件EPDA简介单元模型型梁、杆、、柱、撑撑采用纤纤维束模模型剪力墙采采用弹塑塑性壳单单元方程解法法PCG解线性方方程多种解动动力微分分方程方方法多种解非非线性方方程方法法接力SATWE、PMSAP程序，适适用的结结构类型型广泛弹塑性动动力时程程分析参参数选择择EPDA软件主要要参数说说明“地震波波作用方方向角(度)””：地震波波主方向向与结构构X轴夹角，，如用户户希望地地震波主主方向作作用沿着着Y轴方向，，此处应应添“90”。。“主分量量峰值加加速度(cm/s2)”：地震烈度度对应的的罕遇地地震主方方向峰值值加速度度。“次分量量峰值加加速度(cm/s2)”：地震烈度度对应的的罕遇地地震次方方向峰值值加速度度。“竖直分分量峰值值加速度度(cm/s2)”：地震烈度度对应的的罕遇地地震竖直直方向峰峰值加速速度。“混凝土土本构关关系类型型”：用户可以选选择“双线性性模型”和““三线性模型型”两种混凝凝土本构关系系。ε(压)双线性模型ε(压)σ(压)εcE0σtεu强化弱化σ(压)εcσtεuσc退化斜率退化起始界三线性模型混凝土本构关关系模型“塑性铰判断方方法”：给出了“弹弹性积分点比比例”和“截截面刚度退化化比例”两种种判断杆系构构件的塑性铰铰的方法。““弹性积分点点比例”方法法是按照构件件截面的积分分点仍然保持持弹性的比例例来判断构件件的端部是否否出现塑性铰铰。“截面刚刚度退化比例例”是按照结结构进入弹塑塑性状态后的的杆端截面刚刚度与初始截截面刚度的比比值来判断构构件是否形成成塑性铰。“塑性铰判断参参数”：该参数与““塑性铰判断断方法”相对对应，填入0.0～1.0之间的一个数数值。当通过过“弹性积分分点比例”判判断塑性铰时时，如果填入入“0.3”表示“只有有30％的端截面积积分点保持弹弹性时出现塑塑性铰”。当当选择当通过过“截面刚度度退化比例””判断塑性铰铰时，如果填填入“0.3”表示“截面面刚度退化为为初始截面刚刚度的30％时出现塑性性铰”。“动力微分方方程组解法””：目前程序提提供给用户两两种求解动力力微分方程组组的方法，Wilson-θ法和Newmark-β法。这两种方方法的计算结结果差别不大大，用户根据据需要选择。。“非线性方程程组解法”：程序提供了了两种求解非非线性方程组组的迭代方法法，Newton-Raphson迭代和modifiedNewton-Raphson迭代。这两种种方法的迭代代次数和适用用条件是不同同的。对于混混凝土结构一一般建议采用用Newton-Raphson迭代进行计算算。“非线性迭代代步数限值””：该限值规定定了非线性迭迭代的最多次次数，当达到到该步数限值值时，如果还还没有收敛，，需要缩短步步长进行计算算。该值不宜宜取的过大，，“10”左左右比较合适适，否则会明明显增加计算算时间。“非线性迭代代收敛精度””：EPDA程序衡量非线线性迭代是否否收敛的依据据是“不平衡衡力向量范数数”，一般认认为0.01～0.001左右的精精度是可以满满足工程要求求的。该值不不宜取的过小小，否则程序序将难以收敛敛。“最佳收敛次次数”：EPDA程序中提供了了计算步长自自动伸缩求解解策略。所谓谓“最佳收敛敛次数”是指指用户认为多多少次迭代收收敛是比较合合理的。当程程序的迭代次次数小于该值值时，表示计计算步长过小小，程序会自自动增加计算算步长；当程程序的迭代次次数大于该值值时，表示计计算步长过大大，程序会自自动缩减计算算步长。通常常认为一个计计算时间步内内，结构应该该在3～5次次迭代后收敛敛。“不收敛时步步长缩减次数数限值”：指当结构计计算不收敛时时，程序自动动缩减步长的的最多次数。。该参数不宜宜过大，否则则也会无谓的的增加计算时时间，建议5次左右比较较合适。“不收敛时步步长缩减倍数数”：指当结构构计算不收敛敛时，计算步步长的缩减比比例。当填入入“2”时，，表示缩减幅幅度为原来步步长的“1/2”。“步长自动判判断指数”：计算步长自自动伸缩求解解策略是按照照“最佳收敛敛次数”进行行指数形式的的计算，该参参数可以调整整步长自动增增、缩的幅度度。“1/3～1/2””比较合适。。21.2。弹塑性动力分分析软件EPDA工程实例原五棵松体育育场（2008奥运会篮球馆馆）2008奥运会国家主主体育场看台台2008奥运会国家主主体育场罩棚棚（鸟巢）某高层混凝土土结构某大体量超高高层混凝土结结构某高层加固工工程21.3。弹塑性动力分分析软件EPDA验证单层钢框架模模型位移时程曲线线，EPDA与ABAQUS的比较1600gal位移时程曲曲线，EPDA与ABAQUS的比较400gal9层钢框架架模型位移时程曲曲线，EPDA与ABAQUS的比较400gal22.1。弹塑性位移移角控制22.2。。结构薄弱弱部位的判判断22.3。。结构的抗抗倒塌验算算22.4。。大震下结结构抗震性性能的整体体评估22.5。。弹塑性分分析结果的的讨论22。罕遇遇地震下结结构性能的的评估22.1。。弹塑性位移移角控制结构各层弹弹塑性最大位移、位移角，平均位移、位移角。最大变形时时刻的结构构整体位移、位移角曲线。对于高层尤尤其是超高高层结构应应考察有害位移、有害层间位位移角，有害位移移是结构真真正的变形形位移，对对高层结构构最大有害害层间位移移与最大层层间位移往往往差异较较大，分布布也不同。。目前抗震规规范仍然以以层间位移角角给出判断指指标，所以以弹塑性位位移控制仍仍以规范为为准。最大层间位位移、最大大有害层间间位移所在在的楼层。。层间位移、、有害层间间位移超过过规范限值值的楼层。。结构构件塑塑性铰、剪剪力墙破坏坏点比较集集中的部位位。结构局部变变形较大的的部位。结构弹塑性性反应力突突变的部位位。22.2。。结构薄弱部部位的判断断薄弱层薄弱部位需求谱曲线线（周期-影响系数数曲线）——结构在在静力推覆覆分析过程程中，随着着结构的破破坏、结构构阻尼的增增加、结构构自振周期期的变化，，反映出结结构在设计计烈度大震震下的弹塑塑性最大水水平地震影影响系数曲曲线。该曲曲线综合反反映了结构构弹塑性变变形过程中中地震作用用变化的情情况。能力曲线（（周期-加加速度曲线线）——基于等等效单质点点体系综合合统计出的的结构周期期加速度曲曲线。随着着结构进入入弹塑性状状态，结构构的自振周周期、顶点点加速度反反应也发生生变化，当当该曲线穿穿过需求普普曲线时，，说明结构构能够抵抗抗设计烈度度的大震，，否则就认认为不能抵抵抗设计烈烈度的大震震情况。越越早穿过需需求普曲线线，说明结结构抵抗大大震的能力力越强，当当曲线趋于于水平时，，说明结构构接近破坏坏、倒塌。。22.3。。结构抗倒塌塌验算周期-最大大层间位移移曲线——基于等等效单质点点体系综合合统计出的的结构周期期顶点位移移曲线。随随着结构进进入弹塑性性状态，结结构的自振振周期、顶顶点位移反反应也发生生变化，竖竖向连接需需求谱与能能力谱曲线