三向地震波的合理選取和人工定義

18.1。時(shí)程分析與三向地震波18.2。三向地震波的合理選取18.3。如何人工定義地震波18。三向地震波的合理選取和人工定義2021/6/27118.1。時(shí)程分析與地震波

彈性、彈塑性時(shí)程分析均與地震波相關(guān)。TAT、SATWE、PMSAP、EPDA等軟件時(shí)程分析時(shí)均需選取地震波。舊版軟件采用的是按照?qǐng)龅赝羺^(qū)分的單向地震波庫；新版軟件采用的是按照特征周期區(qū)分的三向地震波庫。三向地震波可以退化為單向地震波進(jìn)行計(jì)算?？梢酝ㄟ^填寫文本文件的方式增加用戶地震波。2021/6/272新抗震規(guī)范5.1.2條規(guī)定，“特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表5.1.2-1所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算”，“采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線”。地震波與反應(yīng)譜應(yīng)在“統(tǒng)計(jì)意義上相符”。時(shí)程分析法單波和平均值的底部剪力應(yīng)不小于按反應(yīng)譜方法得到的底部剪力的“65％”和“80％”等限值。新抗震規(guī)范5.5.3條規(guī)定，除可以采用簡(jiǎn)化方法計(jì)算外的建筑結(jié)構(gòu)，可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析方法。2021/6/27318.2。三向地震波的合理選取按照規(guī)范的要求，至少應(yīng)該選擇三條地震波進(jìn)行地震時(shí)程反應(yīng)的分析，并規(guī)定了最小基底剪力。當(dāng)計(jì)算的基底剪力不滿足規(guī)范要求，則應(yīng)認(rèn)為該地震波不合格，應(yīng)重新選擇分析，直至選到合適的地震波為止。而實(shí)際上，只有在建筑物所在地的地震波才有可能有意義。但是大多數(shù)地區(qū)不具備這個(gè)條件，則可以用實(shí)測(cè)的人工波來代替。目前重要建筑物的場(chǎng)地波都是通過實(shí)測(cè)和人工模擬產(chǎn)生的，即實(shí)測(cè)人工波。2021/6/274選取地震波2021/6/275實(shí)測(cè)地震波——特征參數(shù)2021/6/276實(shí)測(cè)地震波——反應(yīng)譜2021/6/277實(shí)測(cè)地震波——東南向40度作用2021/6/278實(shí)測(cè)地震波——西南向50度作用2021/6/279實(shí)測(cè)地震波——豎向作用2021/6/2710保留的舊版地震波庫2021/6/271118.3。如何人工定義地震波

在當(dāng)前的工程目錄下建立相應(yīng)的地震波文件。文件名應(yīng)采用“USER”加上“1”或“2”或其他阿拉伯?dāng)?shù)字。使用“.X”、“.Y”和“.Z”文件后綴給出主方向、次方向和豎向所對(duì)應(yīng)的地震波波形。如果用戶給出了無后綴的文件，則認(rèn)為該文件中的內(nèi)容為主方向的地震波波形。例如“USER1”、“USER2.X”、“USER2.Y”、“USER2.Z”等文件名都是合法的。文件中第一行輸入用戶地震波步數(shù)N；在第2~第N+1行寫入地震波加速度值，單位任意，但要一致。2021/6/2712人工輸入地震波選擇2021/6/271319.1。彈塑性分析目的、意義19.2。彈塑性分析的規(guī)范規(guī)定19.3。簡(jiǎn)化彈塑性分析方法及適用范圍19.4。靜力彈塑性分析方法19.5。動(dòng)力彈塑性分析方法19。罕遇地震下三種薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算方法及其適用范圍2021/6/271419.1。彈塑性分析目的、意義三水準(zhǔn)設(shè)防中的“大震不倒”。兩階段設(shè)計(jì)中的“第二階段彈塑性變形驗(yàn)算”。強(qiáng)震下變形驗(yàn)算的基本問題：計(jì)算和確定薄弱層位移反應(yīng)和變形能力；通過改善結(jié)構(gòu)均勻性、加強(qiáng)薄弱層和薄弱部位使得層間位移角滿足彈塑性變形驗(yàn)算限值要求。 2021/6/271519.2。彈塑性分析的規(guī)范規(guī)定《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99-982021/6/2716《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.3條豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)應(yīng)（宜）進(jìn)行彈塑性變形分析3.6.2條彈塑性分析可以根據(jù)具體情況采用 彈塑性靜力、時(shí)程、簡(jiǎn)化方法5.5.2條何種結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算5.5.3條彈塑性變形驗(yàn)算方法5.5.4條彈塑性分析的簡(jiǎn)化方法5.5.5條彈塑性層間位移角限值2021/6/2717《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.6.4條,4.6.5條,5.1.13條，4.6.4條有具體規(guī)定基本遵從于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》2021/6/2718《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.3.6條～5.3.10條、5.4.4條、5.5.3條，有具體規(guī)定，有層間側(cè)移延性比規(guī)定2021/6/271919.3。簡(jiǎn)化彈塑性分析方法及應(yīng)用范圍新抗震規(guī)范5.5.3條規(guī)定，罕遇地震下薄弱層（部位）彈塑性變形驗(yàn)算可采用下列方法：“不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、單層鋼筋混凝土柱廠房可采用5.5.4條的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。”新抗震規(guī)范5.5.4條規(guī)定的簡(jiǎn)化彈塑性分析方法包含兩方面內(nèi)容：薄弱層按照樓層區(qū)分強(qiáng)度系數(shù)確定。彈塑性層間位移角由罕遇地震彈性層間位移角折減得到。可以看出，簡(jiǎn)化的彈塑性分析方法：有明確的適用范圍，超出此范圍不能采用。薄弱層的判斷和相應(yīng)彈塑性層間位移角的確定均是估算結(jié)果。2021/6/272019.4。靜力彈塑性分析方法2021/6/2721抗倒塌分析圖2021/6/2722靜力彈塑性分析方法的特點(diǎn)靜力彈塑性分析方法是將動(dòng)力地震作用靜力化的一種罕遇地震分析方法。考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性性質(zhì)。較動(dòng)力彈塑性分析方法能一定程度上節(jié)省計(jì)算時(shí)間。通過靜力推覆分析過程可以了解結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。通過能力譜方法可以得到結(jié)構(gòu)的罕遇地震下最大彈塑性位移角。能力譜方法存在“以第一振型振動(dòng)為主、結(jié)構(gòu)可以等效為單自由度體系”等前提假定，能否適用于超高層結(jié)構(gòu)仍然需要探討；但推覆分析過程有一定的普適性。2021/6/272319.5。動(dòng)力彈塑性分析方法2021/6/2724動(dòng)力彈塑性分析方法的特點(diǎn)將罕遇地震作用以較為真實(shí)的加速度時(shí)程方式進(jìn)行輸入?？紤]結(jié)構(gòu)的彈塑性性質(zhì)。對(duì)結(jié)構(gòu)沒有過多限制其應(yīng)用范圍的基本假定，適用范圍廣泛，可以認(rèn)為是一種仿真分析方法。多條地震波分析時(shí)，計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長。選取不同的地震波進(jìn)行分析時(shí)，計(jì)算結(jié)果可能差別較大，需要使用者進(jìn)行合理的判斷。2021/6/272520.1。彈塑性分析軟件整體功能簡(jiǎn)介20.2。彈塑性靜力分析軟件PUSH簡(jiǎn)介20.3。彈塑性靜力分析軟件PUSH工程實(shí)例20.4。彈塑性靜力分析軟件PUSH驗(yàn)證20。彈塑性靜力分析的正確應(yīng)用和普及2021/6/272620.1。彈塑性分析軟件整體功能簡(jiǎn)介2021/6/27272021/6/27282021/6/27292021/6/27302021/6/273120.2。彈塑性靜力分析軟件PUSH簡(jiǎn)介較為先進(jìn)的單元類型。先進(jìn)的弧長法加載策略。非線性方程疊代方法的多種選擇。波前法解線性方程。病態(tài)方程的特殊解法處理。接力SATWE、PMSAP程序，適應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型廣泛。2021/6/27322021/6/2733PUSH軟件主要參數(shù)說明荷載類型：有倒三角形和矩形兩種選擇，通?？梢赃x擇倒三角形?；准袅εc總重量的比值：通過該參數(shù)定義側(cè)向荷載的總和，比如填0.5意思是側(cè)向荷載總量最大可以施加到50%的結(jié)構(gòu)總重量。荷載方向與X軸的夾角：一次靜力彈塑性分析只在一個(gè)方向上施加側(cè)向荷載，該荷載的方向通過荷載正向與X軸正向的夾角決定。單位度。從頭運(yùn)行和接力運(yùn)行：PUSH軟件具有重啟動(dòng)功能。通過該功能可以接力原來的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行連續(xù)計(jì)算。停機(jī)控制：配合重啟動(dòng)功能進(jìn)行計(jì)算步數(shù)選擇。2021/6/2734材料參數(shù)調(diào)整：通過該系列參數(shù)的調(diào)整，可以按照用戶實(shí)際情況調(diào)整混凝土和鋼的單軸本構(gòu)關(guān)系曲線形狀，考慮混凝土破壞、受到約束等情況。

鉸的相對(duì)剛度界限：為桿件塑性鉸的判斷條件，例如填入0.8的含義是桿端截面的剛度與初始剛度相比退化了80％時(shí)認(rèn)為出現(xiàn)了塑性鉸。

墻高斯點(diǎn)破壞條件：剪力墻通過用戶給出破壞應(yīng)變界限來判斷破壞情況。

桿元細(xì)分、墻元細(xì)分：用戶可以人為的細(xì)分桿件單元。樓板考慮為梁翼緣的相對(duì)寬度：通過該參數(shù)，用戶可以考慮樓板對(duì)于梁的剛度貢獻(xiàn)。2021/6/27352021/6/27362021/6/27372021/6/27382021/6/27392021/6/27402021/6/27412021/6/27422021/6/274320.3。彈塑性靜力分析軟件PUSH工程實(shí)例——高層混凝土結(jié)構(gòu)

2021/6/2744高層鋼結(jié)構(gòu)

2021/6/274520.4。彈塑性靜力分析軟件PUSH工程實(shí)例單層鋼框架模型2021/6/2746荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/27479層鋼框架模型2021/6/2748荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/2749混凝土框架模型荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/2750荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/2751荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/2752荷載因子-位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較2021/6/275321.1。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA簡(jiǎn)介21.2。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA工程實(shí)例21.3。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA驗(yàn)證21。彈塑性動(dòng)力分析的正確應(yīng)用和討論2021/6/275421.1。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA簡(jiǎn)介單元模型梁、桿、柱、撐采用纖維束模型剪力墻采用彈塑性殼單元方程解法PCG解線性方程多種解動(dòng)力微分方程方法多種解非線性方程方法接力SATWE、PMSAP程序，適用的結(jié)構(gòu)類型廣泛2021/6/2755彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析參數(shù)選擇2021/6/2756EPDA軟件主要參數(shù)說明“地震波作用方向角(度)”：地震波主方向與結(jié)構(gòu)X軸夾角，如用戶希望地震波主方向作用沿著Y軸方向，此處應(yīng)添“90”?！爸鞣至糠逯导铀俣?cm/s2)”：地震烈度對(duì)應(yīng)的罕遇地震主方向峰值加速度。“次分量峰值加速度(cm/s2)”：地震烈度對(duì)應(yīng)的罕遇地震次方向峰值加速度?！柏Q直分量峰值加速度(cm/s2)”：地震烈度對(duì)應(yīng)的罕遇地震豎直方向峰值加速度?！盎炷帘緲?gòu)關(guān)系類型”：用戶可以選擇“雙線性模型”和“三線性模型”兩種混凝土本構(gòu)關(guān)系。2021/6/2757ε(壓)雙線性模型ε(壓)σ(壓)εcE0σtεu強(qiáng)化弱化σ(壓)εcσtεuσc退化斜率退化起始界三線性模型

混凝土本構(gòu)關(guān)系模型

2021/6/2758“塑性鉸判斷方法”：給出了“彈性積分點(diǎn)比例”和“截面剛度退化比例”兩種判斷桿系構(gòu)件的塑性鉸的方法?！皬椥苑e分點(diǎn)比例”方法是按照構(gòu)件截面的積分點(diǎn)仍然保持彈性的比例來判斷構(gòu)件的端部是否出現(xiàn)塑性鉸?！敖孛鎰偠韧嘶壤笔前凑战Y(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后的桿端截面剛度與初始截面剛度的比值來判斷構(gòu)件是否形成塑性鉸?！八苄糟q判斷參數(shù)”：該參數(shù)與“塑性鉸判斷方法”相對(duì)應(yīng)，填入0.0～1.0之間的一個(gè)數(shù)值。當(dāng)通過“彈性積分點(diǎn)比例”判斷塑性鉸時(shí)，如果填入“0.3”表示“只有30％的端截面積分點(diǎn)保持彈性時(shí)出現(xiàn)塑性鉸”。當(dāng)選擇當(dāng)通過“截面剛度退化比例”判斷塑性鉸時(shí)，如果填入“0.3”表示“截面剛度退化為初始截面剛度的30％時(shí)出現(xiàn)塑性鉸”。2021/6/2759“動(dòng)力微分方程組解法”：目前程序提供給用戶兩種求解動(dòng)力微分方程組的方法，Wilson-θ法和Newmark-β法。這兩種方法的計(jì)算結(jié)果差別不大，用戶根據(jù)需要選擇。“非線性方程組解法”：程序提供了兩種求解非線性方程組的迭代方法，Newton-Raphson迭代和modifiedNewton-Raphson迭代。這兩種方法的迭代次數(shù)和適用條件是不同的。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)一般建議采用Newton-Raphson迭代進(jìn)行計(jì)算。“非線性迭代步數(shù)限值”：該限值規(guī)定了非線性迭代的最多次數(shù)，當(dāng)達(dá)到該步數(shù)限值時(shí)，如果還沒有收斂，需要縮短步長進(jìn)行計(jì)算。該值不宜取的過大，“10”左右比較合適，否則會(huì)明顯增加計(jì)算時(shí)間。“非線性迭代收斂精度”：EPDA程序衡量非線性迭代是否收斂的依據(jù)是“不平衡力向量范數(shù)”，一般認(rèn)為0.01～0.001左右的精度是可以滿足工程要求的。該值不宜取的過小，否則程序?qū)㈦y以收斂。2021/6/2760“最佳收斂次數(shù)”：EPDA程序中提供了計(jì)算步長自動(dòng)伸縮求解策略。所謂“最佳收斂次數(shù)”是指用戶認(rèn)為多少次迭代收斂是比較合理的。當(dāng)程序的迭代次數(shù)小于該值時(shí)，表示計(jì)算步長過小，程序會(huì)自動(dòng)增加計(jì)算步長；當(dāng)程序的迭代次數(shù)大于該值時(shí)，表示計(jì)算步長過大，程序會(huì)自動(dòng)縮減計(jì)算步長。通常認(rèn)為一個(gè)計(jì)算時(shí)間步內(nèi)，結(jié)構(gòu)應(yīng)該在3～5次迭代后收斂?！安皇諗繒r(shí)步長縮減次數(shù)限值”：指當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算不收斂時(shí)，程序自動(dòng)縮減步長的最多次數(shù)。該參數(shù)不宜過大，否則也會(huì)無謂的增加計(jì)算時(shí)間，建議5次左右比較合適?！安皇諗繒r(shí)步長縮減倍數(shù)”：指當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算不收斂時(shí)，計(jì)算步長的縮減比例。當(dāng)填入“2”時(shí)，表示縮減幅度為原來步長的“1/2”。“步長自動(dòng)判斷指數(shù)”：計(jì)算步長自動(dòng)伸縮求解策略是按照“最佳收斂次數(shù)”進(jìn)行指數(shù)形式的計(jì)算，該參數(shù)可以調(diào)整步長自動(dòng)增、縮的幅度?！?/3～1/2”比較合適。2021/6/27612021/6/27622021/6/27632021/6/27642021/6/27652021/6/27662021/6/27672021/6/27682021/6/27692021/6/277021.2。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA工程實(shí)例原五棵松體育場(chǎng)（2008奧運(yùn)會(huì)籃球館）2021/6/27712008奧運(yùn)會(huì)國家主體育場(chǎng)看臺(tái)

2021/6/27722008奧運(yùn)會(huì)國家主體育場(chǎng)罩棚（鳥巢）

2021/6/2773某高層混凝土結(jié)構(gòu)

2021/6/2774某大體量超高層混凝土結(jié)構(gòu)

2021/6/2775某高層加固工程

2021/6/277621.3。彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA驗(yàn)證單層鋼框架模型2021/6/2777位移時(shí)程曲線，EPDA與ABAQUS的比較1600gal位移時(shí)程曲線，EPDA與ABAQUS的比較400gal2021/6/27789層鋼框架模型2021/6/2779位移時(shí)程曲線，EPDA與ABAQUS的比較400gal2021/6/278022.1。彈塑性位移角控制22.2。結(jié)構(gòu)薄弱部位的判斷22.3。結(jié)構(gòu)的抗倒塌驗(yàn)算22.4。大震下結(jié)構(gòu)抗震性能的整體評(píng)估22.5。彈塑性分析結(jié)果的討論22。罕遇地震下結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估2021/6/278122.1。彈塑性位移角控制結(jié)構(gòu)各層彈塑性最大位移、位移角，平均位移、位移角。最大變形時(shí)刻的結(jié)構(gòu)整體位移、位移角曲線。對(duì)于高層尤其是超高層結(jié)構(gòu)應(yīng)考察有害位移、有害層間位移角，有害位移是結(jié)構(gòu)真正的變形位移，對(duì)高層結(jié)構(gòu)最大有害層間位移與最大層間位移往往差異較大，分布也不同。目前抗震規(guī)范仍然以層間位移角給出判斷指標(biāo)，所以彈塑性位移控制仍以規(guī)范為準(zhǔn)。2021/6/27822021/6/27832021/6/2784最大層間位移、最大有害層間位移所在的樓層。層間位移、有害層間位移超過規(guī)范限值的樓層。結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性鉸、剪力墻破壞點(diǎn)比較集中的部位。結(jié)構(gòu)局部變形較大的部位。結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)力突變的部位。22.2。結(jié)構(gòu)薄弱部位的判斷2021/6/2785薄弱層薄弱部位2021/6/2786需求譜曲線（周期-影響系數(shù)曲線）——結(jié)構(gòu)在靜力推覆分析過程中，隨著結(jié)構(gòu)的破壞、結(jié)構(gòu)阻尼的增加、結(jié)構(gòu)自振周期的變化，反映出結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)烈度大震下的彈塑性最大水平地震影響系數(shù)曲線。該曲線綜合反映了結(jié)構(gòu)彈塑性變形過程中地震作用變化的情況。能力曲線（周期-加速度曲線）——基于等效單質(zhì)點(diǎn)體系綜合統(tǒng)計(jì)出的結(jié)構(gòu)周期加速度曲線。隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的自振周期、頂點(diǎn)加速度反應(yīng)也發(fā)生變化，當(dāng)該曲線穿過需求普曲線時(shí)，說明結(jié)構(gòu)能夠抵抗設(shè)計(jì)烈度的大震，否則就認(rèn)為不能抵抗設(shè)計(jì)烈度的大震情況。越早穿過需求普曲線，說明結(jié)構(gòu)抵抗大震的能力越強(qiáng)，當(dāng)曲線趨于水平時(shí)，說明結(jié)構(gòu)接近破壞、倒塌。22.3。結(jié)構(gòu)抗倒塌驗(yàn)算2021/6/2787周期-最大層間位移曲線——基于等效單質(zhì)點(diǎn)體系綜合統(tǒng)計(jì)出的結(jié)構(gòu)周期頂點(diǎn)位移曲線。隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的自振周期、頂點(diǎn)位移反應(yīng)也發(fā)生變化，豎向連接需求譜與能力譜曲線的交點(diǎn)，則該點(diǎn)的層間位移值可以理解為抵抗設(shè)計(jì)烈度大震時(shí)的結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移，也可以把該點(diǎn)的層間位移與規(guī)范限值比較，比規(guī)范小則滿足設(shè)計(jì)要求，反之則認(rèn)為不滿足設(shè)計(jì)要求。2021/6/2788周期-影響系數(shù)