基于建筑结构弹塑性时程的地震动记录选取方法

杨 宇 飞

(太原富力城房地产开发有限公司,山西 太原 030000)

基于建筑结构弹塑性时程的地震动记录选取方法

杨 宇 飞

(太原富力城房地产开发有限公司,山西 太原 030000)

在具体的运行中，地震动记录选取方式也会对结构的地震响应分析结果产生直接影响。对现有的地震动记录选取方式进行分析，并就不同地震动记录选取方式进行比较，希望能够为建筑结构的弹塑性时程分析提供更为可靠的信息。

建筑结构，弹塑性时程，地震动记录，选取方式

随着当前社会经济水平的提升，人们对于一些基础性设施的质量要求也相对提高。尤其是在近几年来，各种自然灾害的发生率相对较高。故而，对于建筑结构的抗震性能也更为重视。弹塑性时程分析是当前预测建筑结构地震响应与抗震性能评估最为准确的一种数值分析方式。而在整个评估中，地震动强度、频谱以及持时均是影响结构弹塑性地震响应的三个主要因素。因此，为了更好地提升建筑结构的抗震性能，必须要就其弹塑性时程进行计算与分析。近年来，自然灾害的发生频率不断上升，其中以地震给社会带来的损害最大。为了尽可能降低该种自然灾害带来的影响，不少城市在建筑结构设计上进行改良，以期望能够最大程度的提升建筑的抗震性能。弹塑性时程分析是当前预测建筑结构地震响应与抗震性能评估最为准确的一种数值分析方式。该种方式对于地震动输入的选择十分依赖，这就使得其结果的准确性，会受到地震动响应记录的影响。因此，必须要就当前地震动响应的记录方法进行比较分析，以期望选取最佳的记录方式，为建筑结构弹塑性的分析提供帮助。

1 现有的地震动记录选取方法

在目前，根据其分析目的的差异，不同地域的地震规范、指南与相关文献对弹塑性的解读以及相关的地震记录方式都会存在差异，相对著名的有如下三种。

1.1ATC-63中的选取方法

该种方式是以台站与地震信息的地震动记录选取方法作为基础。该种选取方法的原则有两点：第一，必须要排除一些不必要的引入离散性。部分地区地震发生频率较低或者震动幅度较小，根据对其震源机制的监测获取对应的记录、仪器等来对其进行记录；第二，地震动本身具有的离散性必须要对其进行合理的保留，以便于为建筑结构的设计提供真实与合理的参考以及持时特性的限制加以规避。

1.2基于设计反应谱的选取方法

该种方法是直接将地震动记录反应谱与设计反应谱进行比较的，在该种记录方法中，选取的地震动记录的频谱特性会与建筑结构的设计反应谱相对接近。该方式在地震动记录数据库中，直接选取一些经过调幅后其拟加速反应谱在短周期，例如0.1 s，T2，和结构一阶自振周期附近与设计反应谱相差较小的地震动记录。该种记录方法有效地打破了区域条件、震级、震中距等因素对评估结果的限制，从而使得其评估结果的准确性更高。然而，该种记录选取方法，其针对性较强，很容易忽略一些不安全的因素，从而使得其确定出来的离散性不符合实际状况。自然，在抗震性能评估上也就会缺乏准确性。

1.3基于最不利地震动的选取方法

在自然灾害频频发生，建筑项目不断增多的背景下，人们为了最大程度地保证社会资源的利用率以及人们生产与生活的安全性，必须要对一些建筑工程的抗震性能加以提升。自然，在抗震设计时，必须要以现有的地震记录作为前提，同时，采用相对苛刻的地震动记录进行结构地震安全性能的验算。该种验算方式实际上选用最为复杂或者影响最大的记录，结合其设计的建筑结构进行比较，从而分析出在发生最为恶劣的地震时，该种建筑结构是否能够承受，或者其可能达到什么样的后果。该种方式也就是最不利地震动选取方法。该种方法的操作如下：第一，根据地震动本身具有的特性、弹性反应谱的强度指标来对地震动进行记录与排列。在整个选取的过程中，必要按照以具有指向性或者排名靠前的数据来生成地震动记录，从而使得其整个数据库的特性相对明显；第二，根据相关公式，计算非线性单自由度体系在地震动输入下的地震响应状况，并且从中挑选出与实际最为契合的记录方式，能够对地震响应进行最佳记录。

2 基于建筑结构的弹塑性时程的记录选取方法

从以上描述可以看出，地震动的选取方法是根据其预期的目标来决定的，不同的预期目标需要以不同的地震动记录选取方式来进行。其中，根据设计反应谱的地震动记录方式以及最不利地震动选取方法等均对于地震动记录输入下的地震响应结果具有较强的影响。同时，倾向性明显。不过，这两种记录选取方式，又存在根本性的差异。前者对于所选取的地震响应结果离散性较弱；而后者与建筑结构的抗震设计联系较强。地震动响应与输入记录之间存在较强的联系。这也就使得当前基于设计反应谱与最不利地震动的地震记录选取方法称为研究的重点。就目前来说，三种记录方法的区别主要表现为以下几点。

2.1弹性反应谱比较

如果建筑结构的周期相对较为有限，在采用PGV作为地震强度指标进行记录与计算的过程中，无法对地震动的实际状况进行全面的反映，从而使得其设计出来的结构弹性反应谱缺乏实用性，以至于其无法有效地降低结构相应的离散性，建筑的整体抗震性能缺失。

2.2结构非线性地震响应的比较

实际结构的非线性行为会随着结构的刚度以及其模态的变化而变化，结构的初始周期无法长时间的反映结构弹塑性地震响应特性。因此，在弹塑性时程分析时，采用与结构动力特性相关的地震动记录选取方法达到一定的目的后，就需要对结构非线性地震响应的相关性周期进行重新评估，以保证其与当前建筑结构的模态一致，确保分析结果的准确性。

3 结语

就目前的研究结果来看，基于设计反应谱和基于最不利地震动的选取方法均与建筑结构的初始周期相关，建筑结构在地震作用下刚度会相对的退化，很多方式都无法达到预期的效果，从而使得其弹塑性时程分析存在缺失。而当地震动响应指标恰当，且选取的方式符合台站以及地震信息时，不会造成其建筑结构的弹塑性地震响应的离散性，这就使得其分析的准确性提升。同时，在实践中证明，基于建筑结构弹塑性所选取的地震动记录方式不会因建筑结构的动力特性产生过大的影响，操作简单，适用性强。这对于我国建筑结构的抗震性能检测与提升具有十分重要的作用。

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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

杨宇飞(1983- )，男，工程师

TU311.3

A