基于建筑結構彈塑性時程的地震動記錄選取方法

楊 宇 飛

(太原富力城房地產開發有限公司,山西 太原 030000)

基于建筑結構彈塑性時程的地震動記錄選取方法

楊 宇 飛

(太原富力城房地產開發有限公司,山西 太原 030000)

在具體的運行中，地震動記錄選取方式也會對結構的地震響應分析結果產生直接影響。對現有的地震動記錄選取方式進行分析，并就不同地震動記錄選取方式進行比較，希望能夠為建筑結構的彈塑性時程分析提供更為可靠的信息。

建筑結構，彈塑性時程，地震動記錄，選取方式

隨著當前社會經濟水平的提升，人們對于一些基礎性設施的質量要求也相對提高。尤其是在近幾年來，各種自然災害的發生率相對較高。故而，對于建筑結構的抗震性能也更為重視。彈塑性時程分析是當前預測建筑結構地震響應與抗震性能評估最為準確的一種數值分析方式。而在整個評估中，地震動強度、頻譜以及持時均是影響結構彈塑性地震響應的三個主要因素。因此，為了更好地提升建筑結構的抗震性能，必須要就其彈塑性時程進行計算與分析。近年來，自然災害的發生頻率不斷上升，其中以地震給社會帶來的損害最大。為了盡可能降低該種自然災害帶來的影響，不少城市在建筑結構設計上進行改良，以期望能夠最大程度的提升建筑的抗震性能。彈塑性時程分析是當前預測建筑結構地震響應與抗震性能評估最為準確的一種數值分析方式。該種方式對于地震動輸入的選擇十分依賴，這就使得其結果的準確性，會受到地震動響應記錄的影響。因此，必須要就當前地震動響應的記錄方法進行比較分析，以期望選取最佳的記錄方式，為建筑結構彈塑性的分析提供幫助。

1 現有的地震動記錄選取方法

在目前，根據其分析目的的差異，不同地域的地震規范、指南與相關文獻對彈塑性的解讀以及相關的地震記錄方式都會存在差異，相對著名的有如下三種。

1.1ATC-63中的選取方法

該種方式是以臺站與地震信息的地震動記錄選取方法作為基礎。該種選取方法的原則有兩點：第一，必須要排除一些不必要的引入離散性。部分地區地震發生頻率較低或者震動幅度較小，根據對其震源機制的監測獲取對應的記錄、儀器等來對其進行記錄；第二，地震動本身具有的離散性必須要對其進行合理的保留，以便于為建筑結構的設計提供真實與合理的參考以及持時特性的限制加以規避。

1.2基于設計反應譜的選取方法

該種方法是直接將地震動記錄反應譜與設計反應譜進行比較的，在該種記錄方法中，選取的地震動記錄的頻譜特性會與建筑結構的設計反應譜相對接近。該方式在地震動記錄數據庫中，直接選取一些經過調幅后其擬加速反應譜在短周期，例如0.1 s，T2，和結構一階自振周期附近與設計反應譜相差較小的地震動記錄。該種記錄方法有效地打破了區域條件、震級、震中距等因素對評估結果的限制，從而使得其評估結果的準確性更高。然而，該種記錄選取方法，其針對性較強，很容易忽略一些不安全的因素，從而使得其確定出來的離散性不符合實際狀況。自然，在抗震性能評估上也就會缺乏準確性。

1.3基于最不利地震動的選取方法

在自然災害頻頻發生，建筑項目不斷增多的背景下，人們為了最大程度地保證社會資源的利用率以及人們生產與生活的安全性，必須要對一些建筑工程的抗震性能加以提升。自然，在抗震設計時，必須要以現有的地震記錄作為前提，同時，采用相對苛刻的地震動記錄進行結構地震安全性能的驗算。該種驗算方式實際上選用最為復雜或者影響最大的記錄，結合其設計的建筑結構進行比較，從而分析出在發生最為惡劣的地震時，該種建筑結構是否能夠承受，或者其可能達到什么樣的后果。該種方式也就是最不利地震動選取方法。該種方法的操作如下：第一，根據地震動本身具有的特性、彈性反應譜的強度指標來對地震動進行記錄與排列。在整個選取的過程中，必要按照以具有指向性或者排名靠前的數據來生成地震動記錄，從而使得其整個數據庫的特性相對明顯；第二，根據相關公式，計算非線性單自由度體系在地震動輸入下的地震響應狀況，并且從中挑選出與實際最為契合的記錄方式，能夠對地震響應進行最佳記錄。

2 基于建筑結構的彈塑性時程的記錄選取方法

從以上描述可以看出，地震動的選取方法是根據其預期的目標來決定的，不同的預期目標需要以不同的地震動記錄選取方式來進行。其中，根據設計反應譜的地震動記錄方式以及最不利地震動選取方法等均對于地震動記錄輸入下的地震響應結果具有較強的影響。同時，傾向性明顯。不過，這兩種記錄選取方式，又存在根本性的差異。前者對于所選取的地震響應結果離散性較弱；而后者與建筑結構的抗震設計聯系較強。地震動響應與輸入記錄之間存在較強的聯系。這也就使得當前基于設計反應譜與最不利地震動的地震記錄選取方法稱為研究的重點。就目前來說，三種記錄方法的區別主要表現為以下幾點。

2.1彈性反應譜比較

如果建筑結構的周期相對較為有限，在采用PGV作為地震強度指標進行記錄與計算的過程中，無法對地震動的實際狀況進行全面的反映，從而使得其設計出來的結構彈性反應譜缺乏實用性，以至于其無法有效地降低結構相應的離散性，建筑的整體抗震性能缺失。

2.2結構非線性地震響應的比較

實際結構的非線性行為會隨著結構的剛度以及其模態的變化而變化，結構的初始周期無法長時間的反映結構彈塑性地震響應特性。因此，在彈塑性時程分析時，采用與結構動力特性相關的地震動記錄選取方法達到一定的目的后，就需要對結構非線性地震響應的相關性周期進行重新評估，以保證其與當前建筑結構的模態一致，確保分析結果的準確性。

3 結語

就目前的研究結果來看，基于設計反應譜和基于最不利地震動的選取方法均與建筑結構的初始周期相關，建筑結構在地震作用下剛度會相對的退化，很多方式都無法達到預期的效果，從而使得其彈塑性時程分析存在缺失。而當地震動響應指標恰當，且選取的方式符合臺站以及地震信息時，不會造成其建筑結構的彈塑性地震響應的離散性，這就使得其分析的準確性提升。同時，在實踐中證明，基于建筑結構彈塑性所選取的地震動記錄方式不會因建筑結構的動力特性產生過大的影響，操作簡單，適用性強。這對于我國建筑結構的抗震性能檢測與提升具有十分重要的作用。

[1] 陸 松.基于結構簡化模型的地震動輸入離散性研究[D].合肥:合肥工業大學,2016.

[2] 劉昌芳.結構非線性時程分析中地震動參數選擇研究[D].武漢：華中科技大學,2015.

[3] 曲 哲,葉列平,潘 鵬.建筑結構彈塑性時程分析中地震動記錄選取方法的比較研究[J].土木工程學報,2011,44(7):10-21.

[4] 陳 波.結構非線性動力分析中地震動記錄的選擇和調整方法研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所,2013.

[5] 盧 嘯.超高巨柱—核心筒—伸臂結構地震災變及抗震性能研究[D].北京：清華大學,2013.

[6] 劉 陽.高層隔震結構地震響應及損傷評估研究[D].上海：上海大學,2014.

[7] 董志君.鋼筋混凝土結構抗震性能分析方法及體系可靠性研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2010.

[8] 周光鑫.超高層建筑地震動強度指標適用性研究[D].重慶：重慶大學,2015.

Seismicrecordsselectingmethodsonthebasisofelasto-plastictimehistoryofthebuildingstructure

YangYufei

(TaiyuanFulichengRealEstatePropertyDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030000,China)

In the specific operation, the method of ground motion recording selection can have a direct impact on the seismic response analysis of the structure. This paper makes an analysis of the selection mode of the existing seismo-recording records, and compares the selection methods of different vibration records. It is hoped that it can provide more reliable information for the elastic-plastic time analysis of architectural structures.

building structure, elasto-plastic time path, geoseismic recording, choose way

1009-6825(2017)32-0042-02

2017-09-05

楊宇飛(1983- )，男，工程師

TU311.3

A