考虑地震动谱形影响的钢筋混凝土框架结构非线性反应分析

摘要

随着基于性能地震工程理论及先进的结构分析软件和高效计算技术的发展，非线性动力时程分析在结构抗震设计和性能评估中的应用越来越广泛。在对结构进行动力分析时，地震动记录的选择与调整被认为是精确评估结构在特定地震动强度下反应的重要因素，一般认为应以地震动记录的峰值、频谱特性及持时与规范规定相接近作为控制条件。但是，由于地震动记录的复杂性，即使以此三项作为控制指标，采用不同的地震动记录，得到的内力、位移结果差别仍然很大。
　　 本文首先总结了国内外关于地震动选择的方法，介绍了地震动谱形特征的意义。同时介绍了条件均值谱(ConditionalMeanSpectrum)，它是基于Boore和Atkinson提出的地震动衰减关系模型而确定的。其次，从汶川地震数据库中选取了18条地震动记录和我国规范规定的标准反应谱及条件均值谱作对比。结果表明，依据条件均值谱(CMS)选择地震动记录的方法非常依赖于地震动衰减关系的模型，以及地震危险性分析的结果，目前还无法在国内中实现这种情况。因而，这种基于CMS选择和调整地震动记录的方法还不太合适。
　　 然后，从汶川地震和美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取15条地震动记录。为了排除场地条件的影响，所选取的地震动记录到的剪切波速均处在我国规范的中硬土范围内。随后，建立了3层和8层的钢筋混凝土平面框架结构，这两种结构分别代表了短周期和中等周期的结构。为了研究在结构基本周期上的加速度值Sa(T1)对结构反应的影响，比较了两种地震动调整方式，一种是PGA的调整方式，即将15条地震动记录的峰值均调整至400gal，另外一种是基于Sa(T1)的调整方式。非线性分析的结果表明，在15条地震动记录输入下，不论是短周期结构，还是中等周期结构，相对于采用PGA指标，采用Sa(T1)指标调整地震动记录结构的非线性地震响应的离散程度明显要小，另外Sa(T1)与我国现有的抗震规范联系紧密，可以直接从我国抗震规范表上的反应谱取值，应用上较为简便。这种结果也表明了基于合理的强度指标调整的地震动记录的方法能够有效地减小结构反应的离散性。
　　 最后，为了研究非线性状态下，地震动谱形对钢筋混凝土结构反应的影响，将结构反应和第二振型及第三振型周期上的谱加速度值(Sa(T2))、(Sa(T3))进行相关性分析。得到结果表明，对于短周期结构而言，结构反应和Sa(T2)、Sa(T3)的相关性较中等周期结构要好。为了更进一步说明谱形对结构反应的影响，利用IDA分析这两种框架结构模型，得到当框架结构体系处于非线性状态时，不论是短周期还是中等周期结构，在TT1区段的地震动反应谱谱形对框架结构非线性反应影响显著。这也表明了，结构进入非线性状态下时周期延长效应是必须要考虑的。