三向地震波的合理選取和人工定義（PPT93）

18.1。。時程分分析與與三向向地震震波18.2。。三向向地震震波的的合理理選取取18.3。。如何何人工定定義地地震波波18。。三向向地震震波的的合理理選取取和人人工定定義18.1。。時時程分分析與與地震震波彈性、、彈塑塑性時程分分析均均與地地震波波相關關。TAT、SATWE、PMSAP、EPDA等軟件件時程程分析析時均均需選選取地地震波波。舊版軟軟件采采用的的是按按照場地土土區(qū)分的的單向向地震震波庫庫；新新版軟軟件采采用的的是按按照特征周周期區(qū)分的的三向向地震震波庫庫。三向地地震波波可以以退化為單向向地震震波進進行計計算。?？梢酝ㄍㄟ^填填寫文文本文文件的的方式式增加加用戶戶地震震波。。新抗震震規(guī)范范5.1.2條條規(guī)定定，““特別別不規(guī)規(guī)則的的建筑筑、甲甲類建建筑和和表5.1.2-1所列列高度度范圍圍的高高層建建筑，，應采用用時程程分析析法進行多多遇地地震下下的補補充計計算””，““采用用時程程分析析法時時，應應按建建筑場場地類類別和和設計計地震震分組組選用用不少少于兩組的的實際際強震震記錄錄和一組人人工模模擬的的加速速度時時程曲曲線”。地震波波與反反應譜譜應在在“統(tǒng)計意意義上上相符符”。時程分分析法法單波和和平均均值的底部部剪力力應不不小于于按反反應譜譜方法法得到到的底底部剪剪力的的“65％％”和““80％％”等限限值。。新抗震震規(guī)范范5.5.3條條規(guī)定定，除除可以以采用用簡化化方法法計算算外的的建筑筑結(jié)構構，可可采用用靜力力彈塑塑性分分析方方法或或彈塑性性時程程分析析方法法。18.2。。三向向地震震波的的合理理選取取按照規(guī)規(guī)范的的要求求，至至少應應該選選擇三條地地震波波進行地地震時時程反反應的的分析析，并并規(guī)定定了最小基基底剪剪力。當計計算的的基底底剪力力不滿滿足規(guī)規(guī)范要要求，，則應應認為為該地地震波波不合格格，應重重新選選擇分分析，，直至至選到到合適適的地地震波波為止止。而實際際上，，只有有在建建筑物物所在在地的的地震震波才才有可可能有有意義義。但但是大大多數(shù)數(shù)地區(qū)區(qū)不具具備這這個條條件，，則可可以用用實測測的人人工波波來代代替。。目前前重要要建筑筑物的的場地波波都是通通過實實測和和人工工模擬擬產(chǎn)生生的，，即實測人人工波波。選取地地震波波實測地地震波波———特征征參數(shù)數(shù)實測地地震波波———反應應譜實測地地震波波———東南南向40度度作用用實測地地震波波———西南南向50度度作用用實測地地震波波———豎向向作用用保留的的舊版版地震震波庫庫18.3。。如何人人工定定義地地震波波在當前前的工工程目目錄下下建立立相應應的地地震波波文件件。文件名名應采采用““USER””加上““1”或““2”或其其他阿阿拉伯伯數(shù)字字。使用““.X”、““.Y”和“.Z”文件后后綴給給出主主方向向、次次方向向和豎豎向所所對應應的地地震波波波形形。如如果用用戶給給出了了無后綴綴的文件件，則則認為為該文文件中中的內(nèi)內(nèi)容為主方方向的地震震波波波形。。例如““USER1”、、“USER2.X”、、“USER2.Y”、、“USER2.Z”等文件件名都都是合合法的的。文件中中第一一行輸輸入用用戶地地震波波步數(shù)數(shù)N；在第2~第N+1行寫入入地震震波加加速度度值，，單位位任意意，但但要一一致。人工輸輸入地地震波波選擇擇19.1。。彈塑性性分析析目的的、意意義19.2。。彈塑塑性分分析的的規(guī)范范規(guī)定定19.3。。簡化化彈塑塑性分分析方方法及及適用用范圍圍19.4。。靜力力彈塑塑性分分析方方法19.5。。動力彈彈塑性性分析析方法法19。。罕遇遇地震震下三三種薄薄弱層層彈塑塑性變變形驗驗算方方法及及其適適用范范圍19.1。。彈塑性性分析目目的、、意義義三水準準設防防中的的“大震不不倒”。。兩階段段設計計中的的“第二階階段彈塑性性變形形驗算算”。。強震下下變形形驗算算的基基本問問題：：計算算和確確定薄弱層層位移反反應和和變形形能力力；通通過改改善結(jié)結(jié)構均均勻性性、加加強薄薄弱層層和薄薄弱部部位使使得層層間位位移角角滿足足彈塑性性變形形驗算算限值要要求。。19.2。。彈塑性性分析析的規(guī)規(guī)范規(guī)規(guī)定《建筑筑抗震震設計計規(guī)范范》GB50011-2001《高層混混凝土土結(jié)構構技術術規(guī)程程》JGJ3-2002《高層民民用建建筑鋼鋼結(jié)構構技術術規(guī)程程》JGJ99-98《建筑筑抗震震設計計規(guī)范范》3.4.3條豎豎向不不規(guī)則則結(jié)構構應（宜宜）進行彈彈塑性變形形分析析3.6.2條彈彈塑塑性分分析可可以根根據(jù)具具體情情況采采用彈塑性性靜力、時程、簡化方法5.5.2條何種結(jié)結(jié)構需要進進行彈彈塑性性變形形驗算算5.5.3條彈彈塑塑性變變形驗驗算方方法5.5.4條彈彈塑塑性分分析的的簡化化方法法5.5.5條彈彈塑塑性層層間位移角角限值值《高層層混凝凝土結(jié)結(jié)構技技術規(guī)規(guī)程》》4.6.4條,4.6.5條,5.1.13條，，4.6.4條有具具體規(guī)規(guī)定基本遵遵從于于《建建筑抗抗震設設計規(guī)規(guī)范》》《高層層民用用建筑筑鋼結(jié)結(jié)構技技術規(guī)規(guī)程》》5.3.6條～～5.3.10條、、5.4.4條條、5.5.3條條，有有具體體規(guī)定定，有有層間間側(cè)移移延性性比規(guī)規(guī)定19.3。。簡化彈彈塑性性分析析方法法及應應用范范圍新抗震震規(guī)范范5.5.3條條規(guī)定定，罕罕遇地地震下下薄弱弱層（（部位位）彈彈塑性性變形形驗算算可采采用下下列方方法：：““不超超過12層層且層層剛度度無突突變的的鋼筋筋混凝凝土框框架結(jié)結(jié)構、、單層層鋼筋筋混凝凝土柱柱廠房房可采采用5.5.4條的的簡化化計算算方法法。””新抗震震規(guī)范范5.5.4條條規(guī)定定的簡化彈彈塑性性分析方方法包包含兩兩方面面內(nèi)容容：薄弱層層按照照樓層層區(qū)分分強度度系數(shù)數(shù)確定定。彈塑性性層間間位移移角由由罕遇遇地震震彈性性層間間位移移角折折減得得到。?？梢钥纯闯?，，簡化化的彈彈塑性性分析析方法法：有明確確的適適用范范圍，，超出出此范范圍不不能采采用。。薄弱層層的判判斷和和相應應彈塑塑性層層間位位移角角的確確定均均是估估算結(jié)結(jié)果。。19.4。靜力彈塑塑性分析析方法抗倒塌分析析圖靜力彈塑塑性分析析方法的的特點靜力彈塑塑性分析析方法是是將動力地震震作用靜靜力化的一種罕罕遇地震震分析方方法?？紤]結(jié)構構的彈塑性性性質(zhì)。較動力彈彈塑性分分析方法法能一定定程度上上節(jié)省計算算時間。通過靜力力推覆分分析過程程可以了了解結(jié)構構的抗倒塌能能力。通過能力譜方法可以以得到結(jié)結(jié)構的罕罕遇地震震下最大大彈塑性性位移角角。能力譜方方法存在在“以第一振振型振動動為主、、結(jié)構可可以等效效為單自自由度體體系”等前提提假定，，能否適適用于超超高層結(jié)結(jié)構仍然然需要探探討；但但推覆分分析過程程有一定定的普適適性。19.5。動力彈塑塑性分析析方法動力彈塑塑性分析析方法的的特點將罕遇地地震作用用以較為為真實的加速度度時程方方式進行行輸入。?？紤]結(jié)構構的彈塑性性性質(zhì)。對結(jié)構沒沒有過多多限制其其應用范范圍的基基本假定定，適用范圍圍廣泛，可以認認為是一一種仿真分析方法法。多條地震震波分析析時，計計算時間間相對較較長。選取不同同的地震震波進行行分析時時，計算算結(jié)果可可能差別較大大，需要使使用者進進行合理的判判斷。20.1。彈塑性分分析軟件件整體功功能簡介介20.2。彈塑性靜靜力分析析軟件PUSH簡介20.3。彈塑塑性靜力力分析軟軟件PUSH工程實例例20.4。彈塑塑性靜力力分析軟軟件PUSH驗證20。彈塑性靜靜力分析析的正確確應用和和普及20.1。彈塑性分分析軟件件整體功功能簡介介20.2。彈塑性靜靜力分析析軟件PUSH簡介較為先進進的單元元類型。。先進的弧長法加載策略略。非線性方方程疊代代方法的的多種選選擇。波前法解解線性方方程。病態(tài)方程程的特殊解解法處理理。接力SATWE、PMSAP程序，適適應的結(jié)結(jié)構類型型廣泛。。PUSH軟件主要要參數(shù)說說明荷載類型型：有倒三三角形和和矩形兩兩種選擇擇，通常?？梢赃x選擇倒三三角形。?；准袅αεc總重重量的比比值：通過該該參數(shù)定定義側(cè)向向荷載的的總和，，比如填填0.5意思是是側(cè)向荷荷載總量量最大可可以施加加到50%的結(jié)結(jié)構總重重量。荷載方向向與X軸的夾角角：一次靜靜力彈塑塑性分析析只在一一個方向向上施加加側(cè)向荷荷載，該該荷載的的方向通通過荷載載正向與與X軸正向的的夾角決決定。單單位度。。從頭運行行和接力力運行：PUSH軟件具有有重啟動動功能。。通過該該功能可可以接力力原來的的計算結(jié)結(jié)果進行行連續(xù)計計算。停機控制制：配合重重啟動功功能進行行計算步步數(shù)選擇擇。材料參數(shù)數(shù)調(diào)整：通過該該系列參參數(shù)的調(diào)調(diào)整，可可以按照照用戶實實際情況況調(diào)整混混凝土和和鋼的單單軸本構構關系曲曲線形狀狀，考慮慮混凝土土破壞、、受到約約束等情情況。鉸的相對對剛度界界限：為桿件件塑性鉸鉸的判斷斷條件，，例如填填入0.8的含含義是桿桿端截面面的剛度度與初始始剛度相相比退化化了80％時認認為出現(xiàn)現(xiàn)了塑性性鉸。墻高斯點點破壞條條件：剪力墻墻通過用用戶給出出破壞應應變界限限來判斷斷破壞情情況。桿元細分分、墻元元細分：用戶可可以人為為的細分分桿件單單元。樓板考慮慮為梁翼翼緣的相相對寬度度：通過該該參數(shù)，，用戶可可以考慮慮樓板對對于梁的的剛度貢貢獻。20.3。彈塑性靜靜力分析析軟件PUSH工程實例例——高高層混凝凝土結(jié)構構高層鋼結(jié)結(jié)構20.4。彈塑性靜靜力分析析軟件PUSH工程實例例單層鋼框框架模型型荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較9層鋼框框架模型型荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較混凝土框框架模型型荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較21.1。。彈塑性動動力分析析軟件EPDA簡介21.2。彈塑塑性動力力分析軟軟件EPDA工程實例例21.3。彈塑性動力力分析軟軟件EPDA驗證21。彈彈塑性動動力分析析的正確確應用和和討論21.1。彈塑性動動力分析析軟件EPDA簡介單元模型型梁、桿、、柱、撐撐采用纖纖維束模模型剪力墻采采用彈塑塑性殼單單元方程解法法PCG解線性方方程多種解動動力微分分方程方方法多種解非非線性方方程方法法接力SATWE、PMSAP程序，適適用的結(jié)結(jié)構類型型廣泛彈塑性動動力時程程分析參參數(shù)選擇擇EPDA軟件主要要參數(shù)說說明“地震波波作用方方向角(度)””：地震波波主方向向與結(jié)構構X軸夾角，，如用戶戶希望地地震波主主方向作作用沿著著Y軸方向，，此處應應添“90”。。“主分量量峰值加加速度(cm/s2)”：地震烈度度對應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)”：地震烈度度對應的的罕遇地地震次方方向峰值值加速度度?！柏Q直分分量峰值值加速度度(cm/s2)”：地震烈度度對應的的罕遇地地震豎直直方向峰峰值加速速度?！盎炷镣帘緲嬯P關系類型型”：用戶可可以選擇擇“雙線線性模型型”和““三線性性模型””兩種混混凝土本本構關系系。ε(壓)雙線性模型ε(壓)σ(壓)εcE0σtεu強化弱化σ(壓)εcσtεuσc退化斜率退化起始界三線性模型混凝土本本構關系系模型“塑性鉸判判斷方法法”：給出了了“彈性性積分點點比例””和“截截面剛度度退化比比例”兩兩種判斷斷桿系構構件的塑塑性鉸的的方法。?！皬椥孕苑e分點點比例””方法是是按照構構件截面面的積分分點仍然然保持彈彈性的比比例來判判斷構件件的端部部是否出出現(xiàn)塑性性鉸?！啊敖孛鎰倓偠韧嘶壤薄笔前凑照战Y(jié)構進進入彈塑塑性狀態(tài)態(tài)后的桿桿端截面面剛度與與初始截截面剛度度的比值值來判斷斷構件是是否形成成塑性鉸鉸?！八苄糟q判判斷參數(shù)數(shù)”：該參數(shù)數(shù)與“塑塑性鉸判判斷方法法”相對對應，填填入0.0～1.0之間的一一個數(shù)值值。當通通過“彈彈性積分分點比例例”判斷斷塑性鉸鉸時，如如果填入入“0.3”表示““只有30％的端截截面積分分點保持持彈性時時出現(xiàn)塑塑性鉸””。當選選擇當通通過“截截面剛度度退化比比例”判判斷塑性性鉸時，，如果填填入“0.3”表示““截面剛剛度退化化為初始始截面剛剛度的30％時出現(xiàn)現(xiàn)塑性鉸鉸”?！皠恿ξ⑽⒎址匠坛探M解法法”：目前程程序提供供給用戶戶兩種求求解動力力微分方方程組的的方法，，Wilson-θ法和Newmark-β法。這兩兩種方法法的計算算結(jié)果差差別不大大，用戶戶根據(jù)需需要選擇擇?！胺蔷€性性方程組組解法””：程序提提供了兩兩種求解解非線性性方程組組的迭代代方法，，Newton-Raphson迭代和modifiedNewton-Raphson迭代。這這兩種方方法的迭迭代次數(shù)數(shù)和適用用條件是是不同的的。對于于混凝土土結(jié)構一一般建議議采用Newton-Raphson迭代進行行計算。?！胺蔷€性性迭代步步數(shù)限值值”：該限值值規(guī)定了了非線性性迭代的的最多次次數(shù)，當當達到該該步數(shù)限限值時，，如果還還沒有收收斂，需需要縮短短步長進進行計算算。該值值不宜取取的過大大，“10”左左右比較較合適，，否則會會明顯增增加計算算時間。?！胺蔷€性性迭代收收斂精度度”：EPDA程序衡量量非線性性迭代是是否收斂斂的依據(jù)據(jù)是“不不平衡力力向量范范數(shù)”，，一般認認為0.01～～0.001左左右的精精度是可可以滿足足工程要要求的。。該值不不宜取的的過小，，否則程程序?qū)㈦y難以收斂斂?！白罴咽帐諗看螖?shù)數(shù)”：EPDA程序中提提供了計計算步長長自動伸伸縮求解解策略。。所謂““最佳收收斂次數(shù)數(shù)”是指指用戶認認為多少少次迭代代收斂是是比較合合理的。。當程序序的迭代代次數(shù)小小于該值值時，表表示計算算步長過過小，程程序會自自動增加加計算步步長；當當程序的的迭代次次數(shù)大于于該值時時，表示示計算步步長過大大，程序序會自動動縮減計計算步長長。通常常認為一一個計算算時間步步內(nèi)，結(jié)結(jié)構應該該在3～～5次迭迭代后收收斂?！安皇諗繑繒r步長長縮減次次數(shù)限值值”：指當結(jié)結(jié)構計算算不收斂斂時，程程序自動動縮減步步長的最最多次數(shù)數(shù)。該參參數(shù)不宜宜過大，，否則也也會無謂謂的增加加計算時時間，建建議5次次左右比比較合適適?！安皇諗繑繒r步長長縮減倍倍數(shù)”：指當當結(jié)構計計算不收收斂時，，計算步步長的縮縮減比例例。當填填入“2”時，，表示縮縮減幅度度為原來來步長的的“1/2”。。“步長自自動判斷斷指數(shù)””：計算步步長自動動伸縮求求解策略略是按照照“最佳佳收斂次次數(shù)”進進行指數(shù)數(shù)形式的的計算，，該參數(shù)數(shù)可以調(diào)調(diào)整步長長自動增增、縮的的幅度。?！?/3～1/2””比較合合適。21.2。彈塑性動動力分析析軟件EPDA工程實例例原五棵松松體育場場（2008奧運會籃籃球館））2008奧運會國國家主體體育場看看臺2008奧運會國國家主體體育場罩罩棚（鳥鳥巢）某高層混混凝土結(jié)結(jié)構某大體量量超高層層混凝土土結(jié)構某高層加加固工程程21.3。彈塑性動動力分析析軟件EPDA驗證單層鋼框框架模型型位移時程程曲線，，EPDA與ABAQUS的比較1600gal位移時程程曲線，，EPDA與ABAQUS的比較400gal9層鋼框框架模型型位移時程程曲線，，EPDA與ABAQUS的比較400gal22.1。彈塑性位位移角控控制22.2。結(jié)構構薄弱部部位的判判斷22.3。結(jié)構構的抗倒倒塌驗算算22.4。大震震下結(jié)構構抗震性性能的整整體評估估22.5。彈塑塑性分析析結(jié)果的的討論22。罕罕遇地震震下結(jié)構構性能的的評估22.1。彈塑性位位移角控控制結(jié)構各層層彈塑性性最大位移移、位移角，平均位移移、位移角。最大變形形時刻的的結(jié)構整體位移移、位移角曲線。對于高層層尤其是是超高層層結(jié)構應應考察有害位移移、有害層間間位移角角，有害位位移是結(jié)結(jié)構真正正的變形形位移，，對高層層結(jié)構最最大有害害層間位位移與最最大層間間位移往往往差異異較大，，分布也也不同。。目前抗震震規(guī)范仍仍然以層間位移移角給出判斷斷指標，，所以彈彈塑性位位移控制制仍以規(guī)規(guī)范為準準。最大層間間位移、、最大有有害層間間位移所所在的樓樓層。層間位移移、有害害層間位位移超過過規(guī)范限限值的樓樓層。結(jié)構構件件塑性鉸鉸、剪力力墻破壞壞點比較較集中的的部位。。結(jié)構局部部變形較較大的部部位。結(jié)構彈塑塑性反應應力突變變的部位位。22.2。結(jié)構薄弱弱部位的的判斷薄弱層薄弱部位位需求譜曲曲線（周周期-影影響系數(shù)數(shù)曲線））——結(jié)構構在靜力力推覆分分析過程程中，隨隨著結(jié)構構的破壞壞、結(jié)構構阻尼的的增加、、結(jié)構自自振周期期的變化化，反映映出結(jié)構構在設計計烈度大大震下的的彈塑性性最大水水平地震震影響系系數(shù)曲線線。該曲曲線綜合合反映了了結(jié)構彈彈塑性變變形過程程中地震震作用變變化的情情況。能力曲線線（周期期-加速速度曲線線）——基于于等效單單質(zhì)點體體系綜合合統(tǒng)計出出的結(jié)構構周期加加速度曲曲線。隨隨著結(jié)構構進入彈彈塑性狀狀態(tài)，結(jié)結(jié)構的自自振周期期、頂點點加速度度反應也也發(fā)生變變化，當當該曲線線穿過需需求普曲曲線時，，說明結(jié)結(jié)構能夠夠抵抗設設計烈度度的大震震，否則則就認為為不能抵抵抗設計計烈度的的大震情情況。越越早穿過過需求普普曲線，，說明結(jié)結(jié)構抵抗抗大震的的能力越越強，當當曲線趨趨于水平平時，說說明結(jié)構構接近破破壞、倒倒塌。22.3。結(jié)構抗倒倒塌驗算算周期-最最大層間間位移曲曲線——基于于等效單單質(zhì)點體體系綜合合統(tǒng)計出出的結(jié)構構周期頂頂點位移移曲線。。隨著結(jié)結(jié)構進入入彈塑性性狀態(tài)，，結(jié)構的的自振周周期、頂頂點位移移反應也也發(fā)生變變化，豎豎向連接接需求譜譜與能力力譜曲線線的交點點，則該該點的層層間位移移