近場速度脈沖地震作用下菜市場結構響應分析

劉冰 周默超

摘 要：在PEER數據庫選取斷層距在20KM范圍內具有速度脈沖效應和不具有速度脈沖效應的近場地震波3條分別作用于一個一榀鋼筋混凝土框架結構，將計算所得一層與基礎相對位移的響應峰值進行對比。結果表明：采用2條具有速度脈沖效應的近場地震波作用于一榀框架結構計算所得的頂層與基礎相對位移分別是10.5mm，2.6mm；采用1條不具有速度脈沖效應的近場地震波作用于框架結構計算所得的一層與基礎相對位移是1.5mm.

關鍵詞：近場地震；速度脈沖；分析方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.214

0 引言

本文針對三層鋼筋混凝土框架結構在含有高能量速度脈沖效應的地震作用下的響應，采用Abaqus有限元分析軟件中的時程分析法進行模擬研究。

1 模型建立

工程為一棟鋼筋混凝土框架結構，實際建筑為菜市場，底部一層層高4.5m，上面兩層層高3.9m，房屋結構高度為12.45m，抗震設防烈度為7度（0.2g），Ⅱ類場地，抗震設防等級為三級，該結構混凝土采用C30，縱筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。根據菜市場的結構設計圖紙，選取8軸對應的一榀平面框架，并將樓板等效T形梁的翼緣寬度，各梁柱截面尺寸及配筋見表1，單位：mm 混凝土模型采用Abaqus有限元分析軟件中的混凝土塑性損傷模型，并采用實體單元C3D8R建模；鋼筋籠模型采用桁架單元T3D2，該平面框架的有限元模型如圖1。

相互作用：采用嵌入區域 。邊界條件：在五根柱子底部約束X和Z方向的位移及轉角，使結構在Y方向振動。

2 地震波的選取

地震波數據來自PEER地震動數據庫。按照我國建筑抗震設計規范（GB50011-2010）的規定選擇Ⅱ類場地，且文獻[1]-[2]指出斷層距小于20KM，峰值地面運動速度大于40cm/s，峰值地面運動速度與峰值地面運動加速度的比值大于0.2，近場效應明顯。選取其中具有明顯速度脈沖的地震波數據2條和不具有速度脈沖效應的地震波數據1條，見表2。

表2中前2條為具有速度脈沖效應的地震數據，后1條為不具有速度脈沖效應的地震數據，根據表2中所列數據選取這3條地震的H2方向數據。按照我國建筑抗震設計規范（GB50011-2010），將這3條地震記錄水平地震加速度峰值統一調整為0.3g，在五個柱子底部施加一直激勵，限于篇幅，只給出這3條地震記錄的速度時程曲線

3 結構非線性動力分析方法

根據DAlembert原理，多自由度體系在地震作用下的運動方程為：[ M] {ü} + [ C] {} + [ K ] { u} =- [ M] {üg}

方程中üg表示地面運動加速度，是一個隨時間變化的離散的量，質量矩陣和剛度矩陣也是隨時間變化的，因此不可能求出解析解，只能通過數值分析方法來求解。在Abaqus中，當采用直接積分法求解彈塑性動力方程時分為隱式算法和顯式算法，本文選擇隱式動態分析方法，隱式動態分析方法原理是Newmark法，該方法將時間離散化，要求正在離散的時間點上滿足運動方程，把時間劃分為一系列微小時間段Δt ， 在每個微小時間段內直接積分得出地震反應增量，以該步t+Δt 的終態值作為下一時間段的初始值， 這樣逐步積分，即可得出結構在地震作用下振動反應的全過程[3]。

4 結構地震響應

經計算，RSN1505地震和RSN179地震作用下，四跨三層鋼筋混凝土平面框架結構的一層和基礎的相對位移分別是10.5mm，2.6mm， RSN160地震作用下，四跨三層鋼筋混凝土平面框架結構的一層和基礎的相對位移是1.5mm.

5 結論

震中距同為20KM范圍內，即近場區域，該菜市場建筑（鋼筋混凝土一榀框架）在有速度脈沖效應的地震作用下一層層間側移比無速度脈沖效應的地震作用下要大。

參考文獻：

[1]Malhotra P K， Response of buildings to near-field pulse-like ground motion[J].Earthquake Engineering and Structure Dynamics 1999（28）.

[2]Arggard， B.T，Hall，J.F.，Hall， Heaton，T.H.Charaterization of near source ground motions with earthquake simulations

[3]李桂萍，車偉.近場脈沖地震下混凝土框架結構特殊反應[J].