東莞鋼結(jié)構(gòu)廠家丨東莞鋼結(jié)構(gòu)工程丨東莞鋼結(jié)構(gòu)公司歡迎親的了解

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從力學(xué)的角度分析各種結(jié)構(gòu)對(duì)建筑抗震影響鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震的優(yōu)越性在歷屆的自然災(zāi)害面前都得到了充分的驗(yàn)證，得到了世人的認(rèn)可然而對(duì)有關(guān)的結(jié)構(gòu)在應(yīng)對(duì)地震運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力學(xué)反應(yīng)時(shí)，有什么不同的地方呢？我們通過(guò)分析從結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析、動(dòng)力彈塑性分析、靜力彈塑性分析等角度詳細(xì)的解讀。 1、彈塑性地震反應(yīng)分析的必要性在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元（結(jié)構(gòu)的一部分，一個(gè)樓層或一個(gè)構(gòu)件）會(huì)超出彈性變形范圍，進(jìn)入塑性階段工作。這時(shí)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元的剛度特性會(huì)發(fā)生明顯變化（剛度降低），阻尼特性也會(huì)有所改變。顯然，結(jié)構(gòu)剛度的降低一般會(huì)引起變形的加劇，進(jìn)而影響到結(jié)構(gòu)的正常使用，或者進(jìn)一步嚴(yán)重破壞甚至倒塌，這樣是不符合設(shè)計(jì)要求的。振型分解反應(yīng)譜法是以反應(yīng)譜理論和振型分解法為基礎(chǔ)的地震作用計(jì)算方法，然而，這一方法以疊加原理為基礎(chǔ)，因此只適用于線彈性地震反應(yīng)分析，不能進(jìn)行幾何非線性和結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析；該法只能計(jì)算出地震反應(yīng)的值，不能反映地震反應(yīng)的發(fā)展過(guò)程。上述不足之處說(shuō)明：1） 出于安全和經(jīng)濟(jì)的原因，抗震設(shè)計(jì)原則為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。但結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在地震作用下一旦進(jìn)入塑性階段，疊加原理就不能使用，而反應(yīng)譜法也不能準(zhǔn)確反映彈塑性活動(dòng)過(guò)程中所消耗的地震能量。2） 地震是一個(gè)時(shí)間持續(xù)過(guò)程。由于構(gòu)件開(kāi)裂、屈服引起彈塑性變形，造成結(jié)構(gòu)、構(gòu)件間的內(nèi)力重分配時(shí)刻都在發(fā)生，所以結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)與變形積累或變形過(guò)程有關(guān)。反應(yīng)譜法無(wú)法正確判斷結(jié)構(gòu)薄弱層或薄弱部位，此外，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值以及達(dá)到值的時(shí)刻也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所關(guān)心的問(wèn)題。3） 科學(xué)研究和震害分析表明，結(jié)構(gòu)在地震中是否發(fā)生破壞或倒塌，與變形能力、結(jié)構(gòu)耗能能力有直接關(guān)系。如果不能計(jì)算出結(jié)構(gòu)的變形或?qū)嶋H耗能，將無(wú)法保證“大震不倒”原則的實(shí)現(xiàn)。另外，近年來(lái)結(jié)構(gòu)隔震和消能減震技術(shù)的應(yīng)用，均需要準(zhǔn)確計(jì)算隔震裝置、消能減震裝置的彈塑性變形，確定其變形能力，他們是采用隔、減震技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。4） 用統(tǒng)計(jì)方法建立的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，即使給出了地震反應(yīng)的概率或標(biāo)準(zhǔn)差，也不能很好的符合具體的工程地質(zhì)條件，不能反映場(chǎng)地各土層動(dòng)力特性的影響，不能計(jì)算地基與結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)力相互作用。遇到場(chǎng)地特殊情況，也不能正確估計(jì)地震反應(yīng)的變化。結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析的目的是通過(guò)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性、從開(kāi)裂到屈服、損壞直至倒塌的全過(guò)程，研究結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配、內(nèi)力重分布的機(jī)理，研究防止破壞的條件和防止倒塌的措施，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的原則。因此，有必要進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析。彈塑性地震反應(yīng)分析方法抗規(guī)規(guī)定，對(duì)某些建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性變形分析，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)需求，分別采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析或靜力彈塑性分析。 2、動(dòng)力彈塑性分析時(shí)程分析法是20世紀(jì)60年代逐步發(fā)展起來(lái)的抗震分析方法，至80年代，已成為多數(shù)國(guó)家抗震設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程的分析方法之一。時(shí)程分析法又稱(chēng)動(dòng)態(tài)分析法，是由初始狀態(tài)開(kāi)始逐步積分直到地震作用終了，求出結(jié)構(gòu)在地震作用下從靜止到振動(dòng)以致到達(dá)較終狀態(tài)的全過(guò)程。它與底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法的區(qū)別是能計(jì)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在每個(gè)時(shí)刻的地震反應(yīng)（內(nèi)力和變形）。當(dāng)用此方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將地震波進(jìn)行輸入。一般而言，地震波的峰值應(yīng)反映建筑物所在地的烈度，而其頻譜組成反映場(chǎng)地的卓越周期和動(dòng)力特性。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ淖饔幂^為強(qiáng)烈以致結(jié)構(gòu)某些部位強(qiáng)度達(dá)到屈服進(jìn)入塑性的順序。這時(shí)結(jié)構(gòu)薄弱層層間位移可能達(dá)到值，從而造成結(jié)構(gòu)的損壞，直至倒塌。他從強(qiáng)度和變形兩個(gè)方面來(lái)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的安全和抗震可靠度，并判明結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制和類(lèi)型。由于阻尼力與速度或位移的關(guān)系、恢復(fù)力與位移的關(guān)系可能是非彈性的，這種分析就是彈塑性時(shí)程分析。如在分析時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)引入彈塑性的假定，這種分析就是彈塑性時(shí)程分析。作為不規(guī)則的建筑，特殊高層建筑的一種補(bǔ)充計(jì)算，采用時(shí)程分析法的主要目的在于檢驗(yàn)規(guī)范反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果、彌補(bǔ)反應(yīng)譜法的不足和進(jìn)行反應(yīng)譜法無(wú)法做到的結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析。時(shí)程分析法的主要功能有：1） 校正由于采用振型分解反應(yīng)譜法和組合求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移時(shí)的誤差。特別是對(duì)于長(zhǎng)周期的高層建筑，由于設(shè)計(jì)反應(yīng)譜在長(zhǎng)周期段的人為調(diào)整以及計(jì)算中對(duì)高階振型的影響評(píng)估不足產(chǎn)生的誤差。2） 可以計(jì)算結(jié)構(gòu)在非彈性階段的地震反應(yīng)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量作用下的變形驗(yàn)算，從而確定結(jié)構(gòu)的薄弱層和薄弱部位，以便采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施。3） 可以計(jì)算結(jié)構(gòu)和各結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下每個(gè)時(shí)刻的地震反應(yīng)（內(nèi)力和變形），提供按內(nèi)力包絡(luò)值配筋和按地震作用過(guò)程每個(gè)時(shí)刻的內(nèi)力配筋值進(jìn)行配筋這兩種方式。總的來(lái)說(shuō)，時(shí)程分析法具有許多優(yōu)點(diǎn)，它的計(jì)算結(jié)果能更真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。從而能更細(xì)致的分析出結(jié)構(gòu)的薄弱部位。相比靜力彈塑性分析方法，彈塑性時(shí)程分析法的優(yōu)點(diǎn)是：1） 由于輸入的是地震波的整個(gè)過(guò)程，可以真實(shí)反映各個(gè)時(shí)刻地震作用引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，包括內(nèi)力、變形、損傷形態(tài)（開(kāi)裂和破壞）等。2） 目前許多程序是通過(guò)定義材料的本構(gòu)關(guān)系來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性性能，因此可以準(zhǔn)確模擬任何結(jié)構(gòu)，計(jì)算模型簡(jiǎn)化較少。3） 該方法基于塑性區(qū)的概念，相比靜力彈塑性分析方法中單一的塑性鉸判別法，特別是對(duì)帶剪力墻的結(jié)構(gòu)，結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。該方法的缺點(diǎn)是：計(jì)算量大，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，由于可進(jìn)行此類(lèi)分析的大型通用有限元分析軟件均不是面向設(shè)計(jì)的，因此軟件的使用相對(duì)復(fù)雜，建模工作量大，數(shù)據(jù)前后處理繁瑣，不如設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)單、直觀；分析中需要用到大量有限元、本構(gòu)關(guān)系、損傷模型等相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)計(jì)算人員要求較高。3、靜力彈塑性分析結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析方法也稱(chēng)推覆分析法（Push-over anaiysis，簡(jiǎn)稱(chēng)POA），將其與地震反應(yīng)譜理論結(jié)合使用可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)估。這種方法在近20年來(lái)獲得巨大進(jìn)展。該方法的基本作法是：先在結(jié)構(gòu)非線性靜力分析模型上逐級(jí)施加既定的側(cè)向荷載，按順序計(jì)算并記錄結(jié)構(gòu)位移、開(kāi)裂、屈服等地震反應(yīng)過(guò)程，并獲得結(jié)構(gòu)~荷載位移曲線，該曲線代表了該結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力；然后結(jié)合抗規(guī)規(guī)定的地震需求值判斷結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗震能力。推覆分析法評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震能力具有許多優(yōu)點(diǎn)：1） 相比承載力設(shè)計(jì)方法，推覆分析法可以估計(jì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的非線性變形，比承載力方法接近實(shí)際。2） 相對(duì)于彈性時(shí)程分析法，推覆分析法的概念、所需參數(shù)和計(jì)算結(jié)果相對(duì)明確，構(gòu)件設(shè)計(jì)和配筋是否合理能夠直觀的判斷，評(píng)估過(guò)程中所依據(jù)的抗震需求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所應(yīng)達(dá)到的抗震水準(zhǔn)可以方便調(diào)整、相互適應(yīng)，體現(xiàn)了基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想，易被工程設(shè)計(jì)人員接受。3） 工程量相對(duì)小，計(jì)算過(guò)程穩(wěn)定收斂，可以花費(fèi)相對(duì)較少的時(shí)間和費(fèi)用得到較穩(wěn)定的分析結(jié)果，減少分析結(jié)果的偶然性，達(dá)到工程設(shè)計(jì)所需要的變形驗(yàn)算精度。4） 推覆分析法對(duì)于提高結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)效率、考察結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或屈服過(guò)程、分析結(jié)構(gòu)倒塌過(guò)程、計(jì)算并評(píng)估結(jié)構(gòu)抗震能力、指導(dǎo)并改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有重要作用。推覆分析法的缺點(diǎn)：1） 推覆分析法將地震的動(dòng)力效應(yīng)近似等效為靜態(tài)荷載，只能給出結(jié)構(gòu)在某種荷載作用下的性能，無(wú)法反映結(jié)構(gòu)在某一特定地震作用下的表現(xiàn)以及由于地震的瞬時(shí)變化在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生剛度退化和內(nèi)力重分布等非線性動(dòng)力反應(yīng)。2） 計(jì)算中選取不同的水平荷載分布形式，計(jì)算結(jié)果存在一定的差異，為較終結(jié)果的判斷帶來(lái)不確定性。3） 推覆分析法以彈性反應(yīng)譜為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為等效單自由度體系。因此它主要反應(yīng)結(jié)構(gòu)周期的性質(zhì)，對(duì)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)以振型為主、基本周期在2s內(nèi)的結(jié)構(gòu)，推覆分析法較為理想。當(dāng)較高振型為主要時(shí)，如高層建筑和具有局部薄弱部位的建筑，推覆分析法的結(jié)果不理想。4） 對(duì)于工程常見(jiàn)的帶剪力墻結(jié)構(gòu)的分析模型尚不成熟，三維構(gòu)件的彈塑性性能和破壞準(zhǔn)則、塑性鉸的長(zhǎng)度、剪切和軸向變形的彈塑性性能，有待于進(jìn)一步研究完善。